1 浙江师范大学物理与电子信息工程学院，浙江 金华 321004
2 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
提出一种环形相位构造方法，并通过实验产生了一种可调谐手性结构光场。在螺旋相位的基础上引入径向相位与等相相位形成环形子相位，在平面波上加载该相位产生单环手性结构光场。进一步利用相位叠加原理，组合多个不同环形子相位构成一个环形相位，进而利用其调控产生多环形手性结构光场。研究发现，通过控制拓扑荷数、等相位因子、径向偏移因子，能够灵活控制螺旋强度瓣叶的数量以及手性方向。此外，通过引入等相位梯度实现了光场的动态旋转。所构建的可调谐手性结构光场有益于手性结构微加工，在光学微操纵及光学通信领域也有较大的潜在应用价值。
物理光学 光场调控 相位调制 结构光场 手性光场
上海大学 特种光纤与光接入网重点实验室，上海 200444
【目的】具有可调谐能力的高频微波载波（GHz）在第五代移动通信技术（5G）/第六代移动通信技术（6G）无线网络、雷达系统和卫星通信领域中有着广泛的应用。由于比较简单的系统结构、大带宽和低损耗的优点，基于光子技术生成高频可调谐微波载波的技术方案吸引了国内外研究团队的广泛关注。由于目前C波段有着成熟的商用器件，因此目前光生微波实验多在C波段进行。随着波分复用（WDM）—光载射频（ROF）技术借助WDM系统在光频域的合/分波来灵活实现微波频段的合/分波，利用ROF系统采用光生微波技术来简化基站配置，使得C波段的有限带宽资源（35 nm，1 530~1 565 nm）越来越紧张。因此，光生微波技术的研究有着向更宽光谱范围扩展的驱动力。U波段可以提供宽至50 nm（1 625~1 675 nm）的信道带宽来缓解C波段的信道利用压力。在U波段，标准单模光纤已实现低至0.195 dB/km（@1 625 nm）的光功率损耗，特别是，掺铥光纤放大器在U波段也可实现达到18.7 dB（@1 655 nm）的大带宽增益。因此，基于标准单模光纤的WDM系统可向U波段扩展，从而促使WDM-ROF技术向这一波段延伸，进而带动光生微波技术向U波段拓展。文章研究了U波段的光生微波技术。
【方法】从数学模型上看，现有光生微波技术对所应用的光载波波段是透明的，只需选择对应工作波段的光子学器件就可在任意波段使用这些方法来产生微波载波。从原理上看，C波段的光子学器件（如偏振控制器、相位调制器（PM）和光纤移相器（FPS）等）可以工作在U波段，这些器件的工艺技术成熟并易于购置。因此，文章采用C波段的PM、FPS和光耦合器等光子学器件，基于U波段光载波搭建了光生微波载波系统。
【结果】最终基于该系统产生了调谐范围覆盖7.5~12.0 GHz、杂散抑制比达29.6~35.2 dB的可调谐微波载波。
【结论】文章通过公式原理分析和实验验证，实现了将光生微波载波技术的工作波段扩展至U波段。
光生微波载波 U波段 光相位调制器 强度调制 频率可调谐 杂散抑制比 photogenerated microwave carrier U-band optical PM intensity modulation frequency-tunable spurious suppression ratio 光通信研究
2024, 50(2): 22005401
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
在应用于自动驾驶的相位调制连续波（PhMCW）激光雷达测距系统中，测量中频（IF）信号的脉冲宽度是关键问题，时间数字转换器（TDC）模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小，且实现大测量范围时系统复杂度高，难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块，采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的严格计数链法，在保证比较高的测量精度的前提下，增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围，设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围，对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试，获得了最佳为26.42 ps的测量精度，对应测距精度为3.96 mm，优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析，证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后，搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证，实现了0.3~7 m飞行时间探测，从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。
遥感 激光雷达 现场可编程门阵列 时间数字转换器 相位调制连续波 中频信号
西安邮电大学电子工程学院，陕西 西安 710121
提出一种高平坦宽带光学频率梳（OFC）信号产生方案，对高平坦、宽带电光频梳信号产生机理与方法开展了理论研究与仿真分析。在仿真分析中，利用双驱动马赫-曾德尔调制器产生光频梳信号，利用相位调制器进一步提升梳状线的数量，最后通过联合优化马赫-曾德尔调制器的驱动信号功率和直流偏置电压来提高平坦度。仿真结果显示，该方案可产生带宽为1.08 THz的宽带光频梳信号，音噪比（TNR）达到60 dB、平坦度达到0.5 dB。将所提方案应用于光载太赫兹通信系统，通过仿真验证了单通道及多通道16阶正交幅度调制（16QAM）太赫兹信号在背对背（BTB）或10 km光纤传输情况下的传输性能。结果表明，上述每种情况下的误码率都低于前向纠错码的阈值。
光频梳 马赫-曾德尔调制器 相位调制器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0522002
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 中国科学院西安光学精密机械研究所光子制造系统与应用研究中心，陕西 西安 710119
液晶空间光调制器（LCSLM）加载计算全息图实现激光分束时，会在焦平面处产生零级光干扰，为了解决这一情况，提出一种加载达曼光栅灰度图至液晶空间光调制器的方法，利用相消干涉，从而消除零级光干扰。基于模拟退火算法，求解出相位转折点集，在VirtualLab中进行仿真模拟，利用MATLAB软件编写生成达曼光栅灰度图的脚本文件，搭建基于硅基液晶空间光调制器（LCOSSLM）的验证系统，对调制效果进行测验。结果表明：通过加载达曼光栅灰度图进行激光分束，在CCD视场内明显去除了零级光干扰，且实际分束效果与仿真模拟结果相近，在一维五分束下的分束均匀度达97.190%，优于GSW算法生成的光栅形式全息图的调制效果。以大光点间距进行一维二、七分束的效果观测，分束均匀度分别达98.453%、96.820%，又进行二维分束观测，测量分束均匀度可达95.436%，且均未在CCD视场内观测到零级光。
液晶空间光调制器 飞秒激光 纯相位调制 达曼光栅 衍射结构 激光与光电子学进展
2024, 61(4): 0411008
1 上海交通大学生物医学工程学院Med-X研究院，上海 200030
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
超透镜作为一种二维超表面结构最近十多年来得到了广泛的关注。与传统光学透镜相比，超透镜具有超薄和超轻的结构特性以及高度灵活的设计和调控能力，因此，其在推动光学系统向小型化发展中扮演着不可或缺的角色。在显微成像技术中，超透镜又提供了多维度的探索视角，展示了其巨大的发展空间。本文全面回顾了超透镜在显微成像技术的最新进展。首先，详细解释了超透镜的波前调控原理，并总结了超透镜主流的设计方法；其次，介绍了超透镜的加工技术；最后，深入探讨了超透镜在光片荧光显微镜、双光子荧光显微镜和内窥镜等显微成像技术中的应用和研究进展。
超透镜 超表面 显微成像 相位调制 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211028
中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621999
针对飞行器数据链中高码速率要求, 需要使用数字技术实现传统模拟调制, 以得到更好的调制性能, 增加系统作用距离。本文介绍了二进制连续相位频移键控(2CPFSK)调制原理, 提出了基于软件无线电架构的 2CPFSK正交调制算法。该算法利用 2CPFSK相位累加特性实现了基带数据的分数倍内插, 从而适应宽范围码速率的调制。设计了提高频谱纯度的数字滤波器、基于 FPGA+DAC架构的数字调制器硬件平台并实现算法。通过与传统模拟频率调制(FM)比较, 该设计提升了 1.7 dB调制性能, 增加了系统作用距离。
二进制连续相位调制 数字中频调制 分数倍内插 高斯成型滤波 2 Continuous Phase Frequency Shift Keying digital intermediate frequency modulation fractional interpolation Gaussian shaping filter 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(7): 916
南京南瑞继保电气有限公司, 江苏 南京 211102
为研究光学器件对全光纤电流互感器温度稳定性的影响, 分析了起偏器、直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串扰对全光纤电流互感器的精度的影响。对每种光学器件, 在其环境温度变化范围为-40～+70 ℃时, 测试了起偏器输出光消光比变化, 以及直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串音变化情况; 也测试了对应的全光纤电流互感器的精度变化情况。测试结果表明, 直波导相位调制器、延时光纤线因环境温度变化引起的偏振串扰会引起全光纤电流互感器的精度变化, 其中直波导相位调制器是决定全光纤电流互感器的温度稳定性的关键器件。
全光纤电流互感器 温度稳定性 偏振串扰 相位调制器 起偏器 延时光纤线 fiber optic current transformer temperature stability polarization crosstalk phase modulator polarizer PM fiber delay line
1 北京信息科技大学光电测试技术北京市重点实验室, 北京 100192
2 北京信息科技大学生物医学检测技术及仪器北京实验室, 北京 100192
3 北京航天发射技术研究所, 北京 100076
为解决传统共焦显微系统的分辨力与线性量程不能兼顾的问题, 提出了基于变光程技术的多差动共焦显微技术, 利用光程的调制在单探测光路中实现轴向响应曲线相对于焦平面的对称相移的方式, 仅需要调整单一参数就可获得不同离焦量的响应曲线, 实现具有绝对零点、线性度好的多差动光路系统, 从而实现在同一系统中对高分辨力与大量程的兼容。该技术减少了元器件性能差异和人为装调误差, 结构简单, 提高了可靠性。实验表明：系统可兼顾分辨力与线性量程, 轴向分辨力可达 6.46nm。为微细结构的测量提供了一种精度高、结构简单、应用场合广泛的技术。
变光程 相位调制 差动共焦 虚拟针孔 显微技术 variablepath phasemodulation differentialconfocal virtualpinhole microscopy
华中科技大学 武汉光电国家研究中心, 武汉 430074
为了研究和论证锗硅材料体系在器件的工艺制备和理论性能上的优势, 拓展锗硅量子阱结构的应用范围, 采用数值仿真结合实际器件制备的方法, 进行了理论分析和实验验证, 设计了一种基于Ge/SiGe非对称耦合量子阱材料的光学相位调制器, 并在实验测试中验证了该理论的正确性。结果表明, 当电场超过40 kV/cm时, 该材料在1450 nm波长处可以达到最高0.01的电致折射率变化; 经测试发现, 实际制备的器件在1.5 V的反向偏置电压下,实现了1530 nm波长处2.4×10-3的电致折射率变化, 对应的VπLπ=0.048 V·cm, 在同类型锗硅光调制器中达到了先进水平。该研究为硅基集成光调制器的进一步发展开辟了新的方向。
集成光学 锗硅调制器 非对称耦合量子阱 相位调制 integrated optics Ge/SiGe modulator asymmetric coupled quantum well phase modulation
