基于微环谐振腔产生光频梳的理论研究进展

基于微环谐振腔FWM(四波混频)效应产生的OFC(光频梳)可实现多波长光源和光孤子传输、存储等,能很好地满足光通信网络的要求。对基于微环谐振腔的OFC已有大量的实验报道,但是理论研究却有些不足。文章介绍了目前两种微环谐振腔OFC的理论分析方法,即NCME(非线性耦合模方程)和非线性LLE(Lugiato-Lefever方程),对这两种方法的优缺点进行了比较分析。结果表明,LLE由于其计算速度快,更适合用于基于微环谐振腔的超宽带OFC的理论研究。     

新型功能化光纤微腔光频梳

微腔光频梳以其独特的时频输出特性和集成化优势,正逐渐成为当代信息系统的基石。近期,全光纤的微腔光频梳迎来了新的进展。来自电子科技大学和南京大学的研究者们,以超高Q值光纤法珀谐振腔为载体,实现了激光、克尔和布里渊光频梳的产生。凭借其低损耗、可调谐、强稳定的独特优势,将有望在服务光纤系统的正时、通信、微波和感知应用中发挥新的潜力。     

基于超高Q值氟化镁晶体微腔的克尔光频梳产生研究

克尔光频梳具有等距分布的梳状光谱结构,在精密测量、光钟、相干光通信、微波和光学任意波产生、光谱学及天文光谱仪校准等方面有着重要的应用。首先,微腔光频梳与其他光频梳系统相比,具有集成性高、体积小、功耗低的优势,大大扩展了光频梳的应用;其次,通过超精密加工方法制备了品质因子Q值达到了4.8×107的氟化镁微腔,并且得到了干净规律、排列规则的谐振谱,自由频率范围为9.73 GHz,为产生低重复频率光频梳提供了条件;最后,根据实验结果结合Lugiato-Lefever方程分析了氟化镁微腔光频梳的产生过程,研究了泵浦功率对光频梳的影响,通过调整失谐参数得到了孤子态光频梳。并且通过色散调控优化了微腔的光场模式,为产生具有超光滑光谱的孤子光频梳创造了先决条件,提升了光频梳性能。     

基于宽禁带氮化物的微腔光频梳进展（特邀）

微腔光频梳在光谱测量、微波光子学、光学原子钟和相干光通信等领域具有重要的应用。宽禁带氮化物半导体材料,如氮化铝（AlN）和氮化镓（GaN）等属于非中心对称晶体,具有二阶和三阶光学非线性系数,宽带的透明窗口以及与蓝宝石衬底较高的折射率差,使其成为研究非线性光子器件的理想平台。文中介绍了氮化物微腔的特性,同时对基于氮化物微腔光梳的相关研究进展,包括AlN微腔中的宽谱光频梳产生和光学参量振荡、GaN微腔中的孤子光频梳产生等进行了介绍和展望。     

集成微腔光频梳在精密测量中的应用（特邀）

精密测量是现代物理学的基石,而激光光源的发展直接推动了测量科学与技术的进步。21世纪初,光学频率梳的发明促使人们成功实现最精准的时间/频率标准装置——光学原子钟,推动了绝对光学频率测量、基本物理常数测量、精密距离测量以及分子光谱测量等精密测量技术的发展。然而早期的光梳光源系统复杂、价格昂贵,一般工作于大型实验室里,限制了其应用场景的拓展。近年来,出现了一种新型集成微腔光频梳,其具有体积小、功耗低、可批量制备等优势,吸引了科学界和产业界的广泛关注。不同于传统光梳,这种集成微腔光梳不需要依赖增益介质或可饱和吸收体实现锁模,而是通过高品质因子微腔增强的非线性作用来实现光梳的激发与锁模。这种全新的光梳激发与锁模机制降低了精密光源的体积和成本,在平民化精密测量应用中具有优势。文中介绍了集成微腔光梳在精密测量领域中取得的进展,主要围绕微型化光学原子钟、超快精密距离测量、精密光谱测量三个方向。最后对集成微腔光梳在未来精密测量应用中的机遇与挑战进行了总结与展望。     

AlN微环谐振腔倍频程孤子光频梳（特邀）

基于光学微谐振腔的自参考耗散克尔孤子(Dissipative Kerr Solitons, DKSs)有广泛的应用,如频率合成器、相干通信、天文光谱仪校准、精密测量、光学时钟、双梳光谱学等。倍频程DKS已在氮化硅和铌酸锂微谐振腔中实现,笔者提出了一种在氮化铝(AlN)微环谐振腔中通过单一泵浦直接产生倍频程DKS的简单方案。通过将两个谐振频率相近的模式TE₀₀ 和TE₁₀分别作为泵浦谐振和辅助谐振模式,红失谐侧的辅助模式TE₁₀可以有效地平衡孤子形成过程中的热拖曳效应。慢速扫描泵浦光波长可获得稳定的倍频程展宽的孤子梳,带宽为1100~2300 nm,孤子存在范围最大为10.4 GHz(83 pm)。这是首次在AlN平台上获得倍频程展宽的克尔光孤子。该方案在单一泵浦源下就可以获得稳定的倍频程光孤子以及宽的孤子访问窗口,不同于其他方案需要额外引入复杂的控制手段和设备。     

基于微环谐振腔产生光频梳的色散控制的研究进展

随着人们对通信容量的需求日益增大,基于微环谐振腔产生的光频梳,可以很好地满足通信系统的光源要求。光频梳具有光谱范围广、相干性高、集成化等特点,由于光频梳是基于四波混频效应产生的,因此对微环谐振腔的色散曲线要求比较严格。总结了目前几种控制微环谐振腔色散特性的最新研究,包括改变微环的宽度等,利用slot结构和微环结构相结合,采用光子晶体结构等方法,对这些结构的优缺点及性能作了比较分析。同时还对进一步优化微谐振腔的色散曲线提出了展望,利用微环和光子晶体结构的组合方法,有可能实现较小光谱范围内色散曲线的优化,提高四波混频的效率。     

基于双光频梳的多频段变频方法

为了探寻一种基于光频梳的灵活、高效的多频段变频方案,采用一个双驱动马赫-曾德尔调制器（D-MZM）和两个双平行马赫-曾德尔调制器（DP-MZM）组成的系统,由接收到的射频信号驱动D-MZM,进行单边带调制,进而得到一个载波和+1阶边带。利用两个DP-MZM分别作为两个光频梳产生器,产生两个相位相干、中心频率不同的光频梳,并进行了理论分析和实验验证;同时还研究了直流偏置点漂移对系统变频效率的影响。结果表明,所提出的变频系统,可将Ku波段的15GHz微波信号转化成3GHz,7GHz,11GHz,19GHz,23GHz和27GHz的信号;输出的微波信号信噪比可达28.82dB~29.99dB;直流偏置点的漂移量在-10%~50%范围内影响明显。该方法可为卫星通信系统提供多频段变频功能,从而满足多频段通信需求。     

基于回音壁微腔的可见光波段光频梳研究进展（特邀）

基于光学微腔的光频梳具有阈值低、光谱宽及结构紧凑等特点,在精密测量与传感等领域具有重要的应用前景,因此近年来微腔光频梳成为国际研究热点。目前相关的研究都聚焦于红外波段锁模光频梳的产生原理和应用探索,虽然可见光波段的光频梳在精密光谱、原子钟及生物医学等领域有特殊应用价值,但是可见光频梳的实现极具挑战性。文中在简要阐述光频梳产生原理的基础上,介绍了在可见光波段实现光频梳的主要挑战,以及目前三种实现方案的研究进展,包括利用材料的二阶与三阶非线性效应、调节微腔的几何色散和模式强耦合效应调控色散来产生可见光频梳。     

双光学频率梳的多波长外差干涉测距方法的距离不确定度影响因素研究

装备精密制造、空间导航定位和卫星编队等领域要求激光干涉仪的测距精度在几千米到几百公里范围内达到pm量级,这是传统激光测距技术无法达到的。因此,利用等间隔多光谱光频梳特性,基于多波长激光干涉测量原理和双光学频率梳外差干涉测距数学模型,研究相位测量不确定度、空气折射率不确定度和信号重复频率引起的不确定度等因素对距离测量不确定度的影响。结果表明：距离测量不确定度会随温度的增加、压强的增大、二氧化碳体积分数的升高而减小;相比传统光学频率梳干涉测距法,温度越高、压强越大,双光学频率梳外差干涉测距法的距离测量不确定度下降越明显,当二氧化碳每立方米的体积分数在0.75%～0.80%范围内时,两种方法的距离测量不确定度趋于一致。     

基于光频梳的超短光脉冲的产生及其在光模数转换中的应用

提出并实验验证了一种基于光频梳的超短光脉冲的产生方法。使用强度调制器和相位调制器级联直接调制直流激光得到了29条顶部功率变化小于1.5dB的光频梳。利用单模光纤色散将光频梳整形成重复频率为10GHz,脉宽为2.68ps的光脉冲。并成功用于对1～4GHz信号采样,系统的信噪比可达33.83dB,等效于5.33bit的有效比特数。     

非线性光纤环镜及其应用

在介绍非线性光纤环境基本原理的基础上，系统地论述了其在光纤通信系统中的各种应用及发展动态。     

基于非线性光学差频及参量效应的太赫兹源

基于非线性光学技术的THz源具有其独特的性能和优点,将基于非线性光学差频原理和光学参量效应,从理论上研究并分析THz波与抽运光、闲频光及相位匹配角之间的关系,得到THz波输出的条件和范围,并设计出宽波段连续可调的THz源。以调QNd∶YAG激光器和光学参量振荡器(OPO)作为抽运源,以GaSe和MgO∶LiNbO3晶体作为差频非线性晶体,根据相位匹配理论及光学参量效应,搭建两套THz波产生系统。其中,基于光学参量效应的THz辐射源有效地产生出THz信号。     

基于LiNbO3调制器的40GHz宽带调制光源的设计

介绍了基于LiNbO3电光强度调制器的40GHz宽带调制光源的设计.对其中的关键技术,如直流激光器稳态工作、调制器输出功率稳定性、频率响应预失真补偿以及整体设计等逐一加以分析,并提出解决方案.成功实现了基于LiNbO3电光强度调制器的宽带调制光源,并对该高速光源进行了一系列性能和指标测试.光源的频率响应3dB带宽达到40GHz,可用于40GHz频率范围内光电子器件频率响应特性测试,同时也满足SDH/SONET传输实验要求.     

基于LiNbO3调制器的40GHz宽带调制光源的设计

介绍了基于LiNbO3电光强度调制器的40GHz宽带调制光源的设计.对其中的关键技术,如直流激光器稳态工作、调制器输出功率稳定性、频率响应预失真补偿以及整体设计等逐一加以分析,并提出解决方案.成功实现了基于LiNbO3电光强度调制器的宽带调制光源,并对该高速光源进行了一系列性能和指标测试.光源的频率响应3dB带宽达到40GHz,可用于40GHz频率范围内光电子器件频率响应特性测试,同时也满足SDH/SONET传输实验要求.     

基于频域编码的光码分多址城域/接入网

本介绍了基于频域编码的光码分多址技术的基本原理和组网的网络结构，提出了基于频域编码的上／下路复用器的实现方案，比较了光码分多址和波分多址技术的优缺点，最后指出基于频域编码的光码分多址技术是实现光城域网和光接入网的重要技术。     

基于级联调制器的光梳的平坦度理论研究

建立了基于强度调制器(IM)和相位调制器(PM)级联的光梳理论模型,通过仿真计算分析了光梳的平坦度与IM的偏置点βIM、IM的调制系数χIM,以及IM和PM的驱动信号相位差△(Φ)之间的关系.结果表明△(Φ)的优化取值为π的整数倍,并且与其他参数的取值无关;而βIM、χIM的优化取值存在线性关联关系,随着梳齿数目的增加,χIM的优化取值不断向0靠近,βIM的优化取值对应地不断向π靠近.研究结果为基于级联调制器的光梳优化控制提供了理论依据.     

聚合物光纤传感器及其在环境污染监测中的应用

描述了聚合物光纤(polymer optical fiber,POF)传感器的主要特点,介绍了国内外在该领域的研究现状,及其在环境污染监测中的应用,同时讨论了研究的发展方向。     

聚合物光纤传感器及其在环境污染监测中的应用

描述了聚合物光纤（polymer optical fiber,POF）传感器的主要特点,介绍了国内外在该领域的研究现状,及其在环境污染监测中的应用,同时讨论了研究的发展方向。     

基于半导体光放大器的非相干光源抗反膜的优化设计

对半导体光放大器(SOA)放大的自发发射(ASE)谱进行了实验和理论研究,并且分析了SOA端面反射率对ASE谱的谱宽以及平坦度的影响.结果表明,不恰当的抗反膜会严重减小输出光谱的带宽;而在采用具有宽带材料增益谱的有源区基础上,结合抗反膜的优化设计,则可以获得既宽又平坦的非相干光源.