1 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院大珩量子调控协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150080
2 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室，安徽 合肥 230026
目标边缘增强上转换探测是一种通过非线性光学手段将红外（或太赫兹等）长波目标图像“上转换”到可见光波段的同时，强化目标图像几何边缘特征的新型上转换探测技术。基于准相位匹配的近红外上转换系统，理论结合实验进一步深入研究了泵浦空间复振幅结构对上转换目标图像特征的影响。通过比对研究定量分析了振幅带通滤波与螺旋相衬对目标图像边缘特征的增强效果，以及各自量子效率的差异。基于研究结论，针对几种典型场景给出了若干可实施的应用建议。
非线性光学 边缘增强 空间复振幅调制 上转换探测 傅里叶光学 平顶涡旋光束
华东师范大学 通信与电子工程学院，上海 200241
针对自由空间光（FSO）通信系统易受大气湍流效应影响的问题，为降低系统在饱和湍流情况下的误码率（BER），并且考虑到实际工程中需要在有限信噪比（SNR）下得到最大的分集增益，需要对系统的分集性能进行研究，以得到分集增益与SNR和系统链路数量等参数的关系。文章选择采用多输入多输出（MIMO）技术，设计了基于正交振幅调制（QAM）的MIMO-FSO通信系统，分析了系统在负指数分布信道模型下的性能表现，推导出系统的BER计算公式与分集增益相关参数（如分集阶数（DO）、分集阶数增量（IDO）和收敛速度（SOC）等）的闭式表达式，并利用数学软件Matlab进行仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。仿真结果表明，MIMO技术在不增加发射功率和接收孔径面积的情况下，可以大幅度降低FSO通信系统的BER，且在饱和湍流信道下，系统链路数量越多或湍流强度越低时，DO随SNR增长到理论最大值的速度越快。MIMO技术有效地抑制了大气湍流对系统的负面影响，大幅提高了系统性能。在条件允许的情况下，尽量使用多的发射机和接收机可以使得系统在有限SNR下获得的分集增益更高，但是也需要考虑到实际工程中的部署成本和安装难度来选择合适的链路数量。
自由空间光通信 正交振幅调制 多输入多输出技术 误码率 分集阶数 FSO communication QAM MIMO technology BER DO
1 浙江师范大学浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室，浙江 金华321004
2 义乌工商职业技术学院，浙江 义乌 322000
引入了一种新型完美涡旋光束——完美Lommel光束（PLBs）。首先给出了产生这种光束的理论机制，然后构建实验系统来产生PLBs。实验主要分为两步：第一步是利用罗曼迂回相位编码法产生高质量Lommel光束；第二步是将生成的Lommel光束经傅里叶变换后产生PLBs。产生的PLBs的环半径不受拓扑荷值的影响，并可通过阶数、不对称参数的模和角度三个参数来调控PLBs的分布，这意味着PLBs是一种具有三个自由度的三参量完美涡旋光束。
物理光学 完美Lommel光束 罗曼迂回相位编码法 复振幅调制
厦门工学院电子与电气工程学院，福建 厦门 361021
推导出了平顶高斯光束经有限个小尺寸振幅调制型缺陷调制聚焦后，激光间接驱动聚变靶腔内及腔壁的光场分布解析式，详细研究了缺陷尺寸和调制幅度等因素对光强分布的影响，并进一步研究了入射角度对调制光束在腔壁上投影衍射光场的影响。结果表明：缺陷尺寸越大，缺陷调制幅度越大，光束受到的扰动越明显，调制光场恢复为平顶高斯分布所需的传输距离越远；当光束的入射角小于10°时，光束到达腔壁前经过的路径较长，调制后的平顶高斯光束在腔壁上投影的光斑往x轴方向扩散，缺陷引起的光强扰动变化明显减弱，光斑强度整体下降。
激光光学 平顶高斯光束 振幅调制 光强分布 激光与光电子学进展
2022, 59(19): 1914001
1 中国科学院大学 微电子学院, 北京 1001408
2 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
3 空军工程大学, 西安 710086
激光器驱动电路是光通信系统中发射端的重要部件, 为了适应高速电/光转换的需求, 基于28 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺, 设计了一种外调制激光器(EML)驱动电路, 整个驱动电路采用了5级级联的架构, 分别包括可变增益放大器(VGA)、两级连续时间线性均衡器(CTLE)、预放大器和输出级, 驱动电路内部采用了新型的互补放大和共源共栅结构, 驱动电路的输入为50 Gb/s的4阶脉冲振幅调制(PAM4)信号。仿真结果表明: 该驱动电路小信号带宽为27 GHz; 在12.5 GHz、0.16~0.312 VPP正弦输入下的输出摆幅为1 VPP时, 总谐波失真(THD)大小为2.21%, 电压增益范围为13.98~20.24 dB, 总功耗为340 mW。
外调制激光器驱动 4阶脉冲振幅调制 可变增益放大器 互补放大 共源共栅 externally modulated laser driver fourth order pulse amplitude modulation variable gain amplifier complementary amplification cascode
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
激光光束质量因子(M2)是全面表征激光光束质量的一个技术评价指标。提出了一种基于振幅调制的M2测量方法,该方法通过记录单幅激光光斑就可以利用迭代计算重建光束的复振幅;进而根据标量衍射理论,可以得到沿光束传输方向任意截面位置的光束强度分布;最后由二阶矩和双曲线拟合方法计算M2因子。模拟和实验验证了所提方法的有效性,且该实验技术简单、快速,不需要复杂的机械扫描结构,适用于脉冲激光光束质量的测量。
激光技术 相干振幅调制成像 图像重建 二阶矩拟合 M2因子 中国激光
2021, 48(17): 1705003
1 空军工程大学信息与导航学院, 陕西 西安 710077
2 93575部队, 河北 承德 067000
针对复杂深空通信环境对X射线通信系统抗噪声性能的影响,提出一种基于正交振幅调制(QAM)的误码率优化模型。通过分析实际通信环境中的噪声来源,并结合现有的X射线通信链路模型,给出主要噪声来源的数学表达式;基于泊松分布模型,建立QAM方式下强度调制直接检测(IM/DD)系统中通信误码率的计算模型,并通过模拟仿真验证其有效性。仿真结果表明,该模型的误码率可降至10
-6量级,与现有的二进制启闭键控(OOK)和脉冲位置调制(PPM)方法相比,当接收到相同的光子数时,该模型所需发射的光子数更少,尤其是当通信系统处于噪声干扰强度极不稳定的环境中时,该模型更具优势。
X射线通信 正交振幅调制 功率方程 误码率 激光与光电子学进展
2019, 56(6): 063401
1 浙江师范大学浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华 321004
2 浙江师范大学信息光学研究所, 浙江 金华 321004
3 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
基于锥镜的相位调制作用和胶片的振幅调制功能,提出了一种能精确高效产生无衍射马蒂厄光束的方案。利用稳相技术,证明了该方案产生马蒂厄光束的理论机制。利用胶片输出仪制作了具有角向马蒂厄函数分布的振幅调制胶片,在实验上精准地产生了一簇马蒂厄光束。理论和实验结果表明,基于锥镜和振幅调制产生马蒂厄光束的方法简单、高效、灵活。
物理光学 马蒂厄光束 稳相技术 振幅调制 锥镜
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 信息光子学研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
受限于空间光调制器(SLM)有限的刷新速率,现有的基于SLM的多模光纤(MMF)成像方法并不能满足对活体生物组织内窥成像的需求。考虑到数字微镜器件(DMD)的刷新速率比SLM高两个数量级,因此提出了一种基于DMD二值振幅调制的MMF出射光斑聚焦扫描技术。理论分析表明,MMF出射端任意聚焦区域内的总光强与DMD子区域的振幅调制系数之间存在二次函数关系,因此,通过DMD对MMF入射波前进行二值振幅调制,可实现对MMF出射光斑的聚焦和扫描。对于给定数目的可调制子区域,该二值振幅调制算法的调制次数是基于纯相位迭代优化算法的1/256,是基于三步移相最优相位算法的1/3。基于该技术实现了对长度为5 m、直径为105 μm的MMF出射光斑在三维空间上的聚焦和扫描。研究表明,该技术具有调制速度快、算法可靠性高、聚焦点均匀性好等优点。
成像系统 多模光纤内窥成像 聚焦扫描 二值振幅调制 数字微镜器件 全局最优解
1 中国科学院自适应光学重点实验室, 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
为了提高波前探测过程中的波前采样频率, 提出了一种基于二元互补模式的波前重构方法.该方法利用二元互补调制模式下获得的远场焦点光强信息对光场实部进行重构, 进而通过光束的光强分布对光场虚部进行重构.该方法避免了额外调制模式的使用, 将波前重构过程中所使用的调制模式的数量缩减为原有方法的2/3, 提升了波前采样频率.通过数值仿真对光强分布不均匀的待测光束的波前进行了重构, 并利用实验对倾斜像差进行了测量重构, 验证了该方法的可行性.
自适应光学 波前探测 振幅调制 波前像差 大气湍流 Zernike拟合 Adaptive optics Wavefront sensing Amplitude modulation Wavefront aberration Atmospheric turbulence Zernike fitting 光子学报
2018, 47(10): 1011002
