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采用高效光纤激光驱动的光子芯片超连续谱进行中红外气体光谱分析
摘要： 通过基于即插即用光纤激光器的超连续谱生成过程直接获取中红外分子官能团光谱区域，具有无可否认的简便性和鲁棒性优势。近期对氮化硅(Si3N4)波导中以电信波长泵浦的中红外色散波相干性的评估，为基于此类紧凑系统实现中红外频率梳生成奠定了重要基础。然而其光谱覆盖范围和转换效率仍不足以满足实际应用需求。我们通过实验证明：采用2微米飞秒光纤激光器泵浦的大截面Si3N4波导，可触及3-4微米关键光谱分析区域，实现高达35%的功率转换效率及毫瓦级输出功率。作为原理验证，我们利用该光源通过吸收光谱法检测乙炔(C2H2)。这一成果使此类光源成为适用于紧凑型芯片集成光谱分析与传感应用的理想候选方案。
关键词： 中红外、光子芯片、气体光谱学、超连续谱产生、光纤激光器
更新于2025-11-28 14:23:57
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利用孤子微梳实现大规模并行相干激光测距
摘要： 相干测距（又称基于调频连续波（FMCW）激光的光探测与测距（激光雷达））被用于自动驾驶中的远距离三维测距和速度测量。FMCW激光雷达利用频率啁啾波形将距离映射为频率，同时测量反射激光的多普勒频移，类似于声纳或雷达，且相干检测可防止阳光和其他激光雷达系统的干扰。然而，与使用独立激光阵列的现代飞行时间测距系统相比，相干测距具有较低的采集速度，且需要精确啁啾和高相干性的激光源，这阻碍了激光雷达系统的广泛应用和并行化。在此，我们展示了一种基于超低损耗光子芯片孤子微梳的大规模并行相干激光雷达方案。通过在孤子存在范围内快速啁啾泵浦激光（啁啾幅度高达数吉赫兹，扫描速率高达十兆赫兹），孤子脉冲流的基础载波波形发生快速频率变化，但孤子脉冲流的脉冲间重复频率得以保留。因此，来自单个窄线宽泵浦激光的啁啾被一次性转移到孤子的所有光谱梳齿上，从而实现FMCW激光雷达的并行性。利用这种方法，我们生成了30个独立通道，展示了等效于每秒三百万像素的并行距离和速度测量能力，有望将采样率提升至每秒超过一亿五千万像素，并在不降低眼睛安全性的前提下将FMCW激光雷达的图像刷新率提高两个数量级。该方法结合基于纳米光子光栅的光子相控阵，为紧凑、大规模并行和超高帧率相干激光雷达系统提供了技术基础。
关键词： 光子芯片、调频连续波激光雷达、孤子微梳、并行距离与速度测量、相干测距
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过片上自适应时间脉冲分割定制超连续谱生成
摘要： 现代光学系统日益依赖复杂的物理过程，这些过程需要可控调节才能达到目标性能指标。特别是用于成像和计量等领域的先进光源，其基于非线性光学动力学原理，输出特性往往需要与应用需求精确匹配。然而这类系统中，控制参数（如光场形态及传播介质特性）的可调性及其灵活调控手段通常十分有限。此外，通过数值计算为这类复杂动力学寻找最优参数组合往往存在巨大计算难度。本研究采用主动控制的集成光子芯片来制备和操控飞秒光脉冲图案，在超连续谱生成框架中开辟了更广阔的参数调控空间。通过运用机器学习理念，我们利用这种可调谐特性，实验验证了通过定制非线性相互作用来调控超连续谱特性的方法。
关键词： 机器学习、光脉冲整形、超连续谱生成、光子芯片、非线性光学
更新于2025-09-23 15:21:01
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利用Belinfante动量来获取波导内光的偏振态
摘要： 当前的高速光通信系统采用硅光子学等平台的光子电路。在这些系统中，由于偏振模色散和光子电路构建?？椴姆窍咝韵窒蟮纫蛩?，光的偏振态会发生漂移。随着这些构建?？榈母丛有浴⑹亢椭掷嗖欢显黾?，对原位偏振测定策略的需求也日益增长。我们在此展示，贝林凡特动量向波导倏逝场中粒子的转移，与该波导内光偏振态存在一种非平凡的依赖关系。令人惊讶的是，我们发现横向力的最大值和最小值并非由对应于庞加莱球北极和南极的圆偏振光产生。相反，由于散射光的TE和TM分量之间存在相位差，这些最大值会沿该球的大圆发生偏移。这一效应能够明确重建波导内光的局部偏振态。重要的是，该技术仅需与场的倏逝尾场相互作用，从而提供了一种对光子芯片内偏振进行探测的微创方法。
关键词： 波导、庞加莱球、贝林凡特动量、倏逝场、光通信、光子芯片、横电与横磁分量、硅光子学、偏振态
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 通过自适应片上脉冲分割定制超连续谱生成
摘要： 现代光学系统日益依赖复杂的物理过程。超连续谱（SC）[1]等先进光源因其在成像和计量领域的广泛应用而备受青睐，这类光源基于非线性动力学原理，其输出特性往往需要精确匹配目标性能指标。然而此类系统中，控制参数的可获取性及灵活调节手段通常较为有限。此外，为特定应用寻找理想参数本身就具有内在复杂性。本研究采用主动控制的光子芯片来制备并操控飞秒光脉冲模式，以此作为超连续谱生成的种子源[1]。通过运用机器学习理念[2]，我们利用这一增强的可调参数空间，在实验上实现了对决定超连续谱特性定制化的非线性相互作用的调控[3]。
关键词： 飞秒光学脉冲、超连续谱生成、光子芯片、机器学习、非线性动力学
更新于2025-09-12 10:27:22
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在d级团簇态上实现的高维单向量子处理
摘要： 利用量子力学特性以超越经典计算机的速度执行计算任务，或实现超过经典极限的精密测量，需要生成特定的大型复杂量子态。在此背景下，簇态因其能通过"单向"方案（即通过测量实现处理过程）构建通用量子计算机而备受关注?；诙陨献酉低常╠级簇态）的簇态生成，在保持参与方数量不变的同时提供了更多量子资源，并能催生新型算法。我们实验性地制备、表征并测试了由时频域双光子构成的三级四组分簇态的噪声敏感性，证实其具有比传统二级簇态更高的噪声鲁棒性及真正的多体纠缠特性。我们开展了高维单向量子操作的原理验证实验，通过投影测量将簇态转化为正交的最大纠缠d级双体态。这种基于集成光子芯片和光纤通信元件的可扩展方案，实现了全新的确定性功能。
关键词： 量子力学、纠缠、光子芯片、高维量子计算、团簇态
更新于2025-09-10 09:29:36
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将扭曲光映射进和映射出光子芯片
摘要： 携带轨道角动量（OAM）的涡旋光为现代光学提供了额外自由度，也是经典与量子信息技术的新兴资源。其固有的无限维度可通过模式复用技术加以利用，从而提升数据容量以应对大数据和互联网流量的爆炸式增长，并能编码构建高维希尔伯特空间中的大规模量子计算机器。虽然集成器件表面向自由空间发射涡旋光的研究已广泛开展，但光子芯片内部的传输与处理问题仍有待解决。我们首次展示了能够支持OAM模式的激光直写波导，并通过实验实现了涡旋光在光子芯片中高保真度的输入输出映射。OAM0、OAM?1、OAM+1态及其叠加态在芯片中总传输效率可达60%，且串扰极低。此外，我们还实现了单光子量子涡旋光态的传输，并采用单光子成像技术测量了输出态。本研究成果可为光子芯片增添OAM这一新自由度，用于大容量通信和高维量子信息处理。
关键词： 光子芯片、扭曲光、量子信息处理、轨道角动量
更新于2025-09-09 09:28:46