1 浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心，浙江 嘉兴 324000
在光学相干层析血流造影（OCTA）系统的实际应用中，高质量数据的采集受到多种因素的干扰，如屈光调节、扫描区域移动、动态成像过程中受试对象眼睛状态波动等。笔者构建了一种基于图像处理单元（GPU）的OCTA数据实时处理框架，使用C++和CUDA开发系统软件，实现了逆信噪比-复值退相关光学相干层析血流造影（ID-OCTA）的实时信号处理与图像显示，线处理速度达到了365 kHz。同时，通过闪烁光刺激诱发小鼠视网膜功能性充血实验，证明了本研究实现的OCTA投影图像实时显示功能有助于操作人员调节系统，监测受试对象的状态，从而提高数据采集成功率。
生物医学成像 光学相干层析血流造影 实时成像 功能性充血
1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。
部分相干光场 矢量光场 光场调控 相干与偏振 光场相干结构调控 光学学报
2024, 44(10): 1026007
1 南开大学现代光学研究所，天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津 300350
2 中国科学院自动化研究所，中国科学院分子影像重点实验室，北京 100190
3 河北医科大学第二医院神经外科，河北 石家庄 050000
脑胶质瘤是一种侵袭性的恶性原发性脑肿瘤，术中准确区分胶质瘤和正常脑组织极具挑战性。基于高分辨偏振敏感光学相干层析术（PS-OCT）对正常小鼠脑和胶质瘤模型小鼠脑进行成像，计算了强度、累积相位延迟和累积光轴信息。结果表明，从PS-OCT图像中可以清楚地显示出鼠脑中的纤维结构及其取向；借助PS-OCT图像中丰富的偏振信息，可以准确区分鼠脑胶质瘤区和正常区；基于计算的光轴标准差可以有效区分胶质瘤和正常脑组织。研究结果表明，高分辨PS-OCT在脑组织成像及脑胶质瘤识别方面具有很大的临床应用潜力。
医用光学 偏振敏感光学相干层析术 脑成像 胶质瘤
1 北京理工大学医学技术学院，北京 100081
2 中国人民解放军总医院第六医学中心，北京 100048
动脉粥样硬化引起的易损斑块破裂已经严重危害到人类的健康，而血管内光学相干断层成像（IVOCT）凭借其高分辨率已经成为识别冠脉易损斑块的主要工具，但图像判读费时费力，通常还依赖于医生的经验。目前已有基于传统机器学习的研究实现了对单帧图像的分类，但这些信息不足以辅助医生确定治疗方案，仍然需要医生二次判读。基于Faster R-CNN（R-CNN，区域卷积神经网络），针对IVOCT图像中易损斑块的特点，在数据增强、预测框（BBox）编码、网络结构等方面进行了改进和优化，实现了对易损斑块的自动识别，并选取易损斑块的病变累积角度、纤维帽厚度、巨噬细胞浸润情况、浅表微钙化情况和血管狭窄程度作为指标，对易损斑块的破裂风险进行多方面评估。在公开数据集CCCV2017 IVOCT中进行训练，测试后取得了较好结果，该方法可推广应用于同类图像。
医用光学 动脉粥样硬化 血管内光学相干断层成像 易损斑块 自动识别 风险评估
1 北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京 102206
2 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 102206
光学相干层析成像（OCT）是一种高空间分辨率的光学成像方法，可以对生物组织进行非接触、无标记的二维截面和三维体积成像，能为临床疾病的诊断提供具有重要参考价值的影像信息。在传统的台式OCT系统中，扫描探头被固定在工作台上，探头结构较大，灵活性差，不利于深入狭小腔体内部成像或在床旁检测。本团队设计了一种视频引导的手持式高速OCT系统，其手持探头结构紧凑、体积小巧，便于抓取和深入狭小腔体内部；探头内部集成了相机成像功能，可以实时获得成像区域的视频图像，引导OCT成像。该系统的A线扫描速率可以达到200 kHz。为了克服成像过程中的抖动问题，本团队提出了图像自动配准算法，该算法能显著提高图像质量。采用该系统对离体猪眼角膜和离体猪牙齿进行成像，以验证系统的性能。结果显示该系统能够高速获取高分辨的组织图像。
医用光学 光学相干层析成像 手持探头 图像配准
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 北京邮电大学电子工程学院，北京 100876
3 中国科学院大学光电学院，北京 100049
4 齐鲁空天信息研究院，山东 济南 250101
5 中国地质大学（北京）数理学院，北京 100083
6 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
激光相干合成技术是在遥感和通信等领域中能够同时提升激光功率和保持光束质量的有效技术。其中填充因子是影响激光相干合成和衡量相干合成阵列的重要因素。然而，它却不是完备的。因此，提出采用平面波前畸变量（PWD）作为评估激光相干合成性能的综合参数，该参数综合考虑了光束质量、阵列对准、元件制造误差以及其他因素。通过理论推导平面波前畸变量的表达式，分析该参数对系统合成效率的影响，进一步的仿真和实验测量结果表明，平面波前畸变量可以用于反映激光相干合成的综合效率高低，与桶中功率呈负相关。研究结果表明波阵面调制相干光束组合技术在多孔径激光阵列相干组合系统的实际应用中具有潜在的科学价值。
相干合成 填充因子 桶中功率 激光阵列 波前 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706004
复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
为了在保持帧结构完整性的同时，低代价地传输管理和控制信号，提出面向高速频分复用相干无源光网络（FDM-CPON）的两种传输管理和控制信号传输机制，即数字端辅助管理和控制通道（AMCC）和数据通道的相加和相乘。通过将AMCC传输的通断键控（OOK）信号映射为数据通道信号幅值的变化，完成数据通道信号幅值再调制，成功将AMCC与数据通道相结合，实现了管理和控制信号与数据通道信号的同步传输。实验结果表明，在基于16QAM传输20 km光纤的200 Gbit/s FDM-CPON系统中，当AMCC的带宽和调制因子（MI）相同时，乘性AMCC对于信号性能的影响更小，自身传输信号的质量也更高。在AMCC的MI为26.1%、带宽为24.4 MHz时，乘性AMCC对信号灵敏度的惩罚比加性AMCC小3 dB。以上研究为未来高速相干频分复用无源光网络AMCC传输与系统设计提供重要参考。
光通信 相干无源光网络 相干光通信 光纤通信 频分复用 辅助管理和控制通道
西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
【目的】相干光通信是一种高速、高质量和高保密的通信方式，而相干检测在相干光通信中有着极其重要的作用。高灵敏度的相干检测系统可以大幅提升相干光通信的距离，通过研究影响相干检测灵敏度的因素可以针对性地做出校正，从而提高检测的灵敏度。
【方法】文章简要阐述了相干检测的原理，总结了该领域的国内外研究进展，分析了无线光相干检测系统产生的热噪声、散粒噪声、波前畸变、偏振失配角、光斑尺寸偏差和光轴偏转、耦合效率、探测器的性能和前置光放大器等方面对相干检测灵敏度的影响。
【结果】结果表明，系统的热噪声和散粒噪声对检测灵敏度的影响可以通过控制本振光功率使其达到最小；信号光的波前畸变可以通过增加自适应校正系统来抑制；信号光与本振光的偏振失配角可以采用偏振控制补偿装置来补偿；光斑尺寸偏差和光轴偏转需要提高硬件的加工水平来减小这种误差；使用新型的探测器可以在一定程度上提升探测器的性能；前置光放大器能够对微弱的信号光进行放大，对提升检测灵敏度十分重要。
【结论】文章分析了影响无线光相干检测灵敏度的因素，总结了近年来国内外学者提高检测灵敏度的方法，为实际应用中检测系统灵敏度的提升提供了理论参考，对相干光通信系统性能的提升有着重要的意义。
无线光通信 相干检测 检测灵敏度 混频效率 wireless optical communication coherent detection detection sensitivity mixing efficiency 光通信研究
2024, 50(2): 23008101
南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，南京 210046
【目的】文章进行仿真研究实验的目的是提高正交频分复用（OFDM）—波分复用（WDM）光纤通信系统的性能，为此提出了正交分组子载波幅度整形（QGSAS）双相位共轭孪生波（dual-PCTW）方案以抑制该类系统的非线性效应，并搭建多种不同条件下的仿真系统以探究该方案的性能。
【方法】具体的实验方法为：利用Matlab和Optisystem两种软件混合编程，在16和64进制正交幅度调制（QAM）格式下，选取两种QGSAS方案（正弦幅度整形和矩形幅度整形），搭建了3种维度（偏振域、子载波域和时域）的QGSAS dual-PCTW OFDM系统，共涉及12种组合形式。
【结果】通过仿真分析不同方案下的系统误码率，结果表明：QGSAS dual-PCTW方案可有效提高系统对非线性效应的容忍度；在讨论的几种组合方案中，16QAM下时域方案的dual-PCTW技术对系统有最佳的性能改善；应用QGSAS技术时，矩形幅度整形方案性能优于正弦幅度整形方案。
【结论】因此可以得到结论：在文章所提方案中，矩形幅度整形方案结合16QAM下的时域方案dual-PCTW技术，可以最有效地抑制OFDM-WDM系统的非线性效应。
相干光通信 正交频分复用 双相位共轭孪生波 正交分组子载波幅度整形 非线性效应 coherent optical communication OFDM dual-PCTW QGSAS nonlinear effect 光通信研究
2024, 50(2): 22005301
烽火通信科技股份有限公司 宽带业务产出线，武汉 430074
50 Gbit/s无源光网络（PON）标准已趋于完善，后50 Gbit/s PON时代的技术标准尚属空白，亟待开展相关研究以推动整个产业链从系统、模块和芯片等方面提前进行布局。文章判断单波长200 Gbit/s速率和相干技术将会是继50 Gbit/s PON之后下一代PON系统的两大关键特征。单波长200 Gbit/s速率对运营商具备更大的吸引力，而强度调制/直接检测（IM/DD）技术难以持续满足200 Gbit/s速率下系统对Class C＋等级功率预算的要求，需要采用灵敏度更高的相干技术。然而PON系统是一种典型的点对多点（P2MP）拓扑架构，将相干技术下沉到PON还有许多关键技术需要攻克，其中，涉及PON系统设备和媒体访问控制（MAC）芯片的架构重构、相干PON光模块的单纤双向（Bi-Di）技术改造、突发模式的相干发送与接收技术以及相干PON系统的波长管控技术。时分复用（TDM）仍然是实现P2MP传输的推荐方式，在TDM基础之上可以叠加新的复用维度，例如子载波复用（SCM）。新复用维度的引入给PON系统带来了灵活性，但同时也增加了设计的复杂度，将会颠覆当前的PON系统架构。叠加了SCM的相干PON系统将不再采用数字化接口方式与光模块进行连接，光模块本身需要具备高度线性驱动和调制能力。此外，用户侧光模块需要具备瞬时开关能力，以避免对其他用户造成干扰，因此需要开发新型的支持突发控制功能的相干光芯片。考虑到上行P2MP的突发相干接收环境，需要从系统层面实现对多个用户激光器的波长管控，避免上行方向因多用户波长快速切换造成的局端频偏估算偏差问题。综上，将相干技术应用于PON将会是一个全新的复杂系统工程，难以直接继承现有相干系统架构，需要匹配P2MP的应用需求，从芯片、模块和设备多个方面实现技术创新。
相干技术 50 Gbit/s无源光网络 时分复用 突发模式 coherent technology 50 Gbit/s PON TDM burst mode 光通信研究
2024, 50(1): 23016701
