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光学学报 2024年第15期44卷 421-436页

作者：胡攀孙璐王洪炜张永苏翼凯上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

集成拓扑光子器件以光为信息载体,为光的传播过程提供拓扑保护,在下一代面向片上信息处理的光子芯片中具有巨大的应用潜力。通过引入拓扑的概念,集成光子系统得以拥有全新的特性,包括单向传播的边界态以及对结构缺陷免疫等。随着对拓扑... 详细信息

集成拓扑光子器件以光为信息载体,为光的传播过程提供拓扑保护,在下一代面向片上信息处理的光子芯片中具有巨大的应用潜力。通过引入拓扑的概念,集成光子系统得以拥有全新的特性,包括单向传播的边界态以及对结构缺陷免疫等。随着对拓扑光子学理论的深入研究,提出和验证了许多基于拓扑光子学原理的器件,展示了拓扑光子学在构建高性能光信息处理芯片方面的广阔前景。本文详细介绍了集成拓扑光子器件的研究进展:首先,从不同的拓扑相或拓扑机制出发,介绍一维、二维拓扑光子集成器件及其在片上光信息处理中的应用;然后,进一步对非厄米、合成维度、非线性以及连续谱束缚态中的拓扑现象及集成光子器件展开讨论;最后,对集成拓扑光子器件面临的问题和发展趋势进行总结和展望。

关键词：集成光学拓扑光子学拓扑相拓扑边界态集成光子器件

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硅基可编程多功能光子芯片研究进展和展望(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第19期61卷 131-143页

作者：邱辞源马宁陈雨苏翼凯上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

硅基可编程多功能光子芯片是信息光子领域的一种关键芯片,可以实现高速、多功能的片上光逻辑计算、光学信息处理等多种重要应用。这一类芯片利用硅基光电子器件构建光子链路,并可以通过在光电子器件上加载热学、电学信号来实现器件的功... 详细信息

硅基可编程多功能光子芯片是信息光子领域的一种关键芯片,可以实现高速、多功能的片上光逻辑计算、光学信息处理等多种重要应用。这一类芯片利用硅基光电子器件构建光子链路,并可以通过在光电子器件上加载热学、电学信号来实现器件的功能编程和信号加载,进而可以基于单个芯片实现多种功能。近年来,国内外研究团队在这些方面做出了重要贡献,但在速度、集成度、自动编程功能等方面仍面临着许多挑战。基于上述进展和挑战,介绍了硅基可编程多功能光子芯片的基本原理和性能指标,并系统地阐述了该类光子芯片在信息领域的应用现状和发展前景。

关键词：硅基可编程多功能集成光子芯片

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基于压电效应的光电子集成技术研究进展(特邀)

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光子学报 2023年第11期52卷 1-22页

作者：沈健冯成龙张洵张磊舒畅张永苏翼凯上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室电子工程系上海200240

压电效应是一种实现电能与机械能之间相互转换的重要物理现象。随着集成光电子技术和压电薄膜材料制备技术的日益成熟,压电效应在光电子集成芯片领域引起广泛的研究。在压电效应的作用下,外部电场可以操控薄膜材料的形变,从而改变折射率... 详细信息

压电效应是一种实现电能与机械能之间相互转换的重要物理现象。随着集成光电子技术和压电薄膜材料制备技术的日益成熟,压电效应在光电子集成芯片领域引起广泛的研究。在压电效应的作用下,外部电场可以操控薄膜材料的形变,从而改变折射率,实现光电调谐和声光调制。本文首先介绍常见压电薄膜材料及其研究进展,随后回顾和探讨基于压电效应的光电子集成器件的研究进展。最后,对压电调谐器件和声光调制器的应用进行介绍和展望,分析其大规模应用面临的挑战和问题。

关键词：硅基光电子学压电效应可调谐器件声光调制器光电子集成芯片

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基于调制光频梳的薄膜铌酸锂波导超连续谱研究

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光子学报 2023年第5期52卷 282-289页

作者：黄毅吴侃肖泽宇李铁映蔡明璐陈建平上海交通大学电子信息与电气工程学院区域光纤通信与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

仿真研究了基于薄膜铌酸锂调制器的电光频梳和飞秒脉冲产生,并利用该飞秒脉冲在一段薄膜铌酸锂波导中实现覆盖倍频程的超连续谱产生和倍频信号产生。通过级联铌酸锂调制器进行电光调制,产生了一个180 fs的超短脉冲。使用该脉冲作为输入... 详细信息

仿真研究了基于薄膜铌酸锂调制器的电光频梳和飞秒脉冲产生,并利用该飞秒脉冲在一段薄膜铌酸锂波导中实现覆盖倍频程的超连续谱产生和倍频信号产生。通过级联铌酸锂调制器进行电光调制,产生了一个180 fs的超短脉冲。使用该脉冲作为输入源输入一段薄膜铌酸锂波导,当输入能量达到126.4 pJ时,波导内产生的超连续谱达到倍频程并与倍频信号重叠。此外,还对脉冲参数优化进行了分析。本研究为实现基于薄膜铌酸锂的片上自参考光频梳系统奠定了基础。

关键词：铌酸锂光频梳电光调制超连续非线性光学

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基于掺铒铌酸锂薄膜的集成波导放大器(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第19期61卷 67-73页

作者：蔡明璐陈建平吴侃上海交通大学电子工程系区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

掺铒铌酸锂薄膜可兼具增益性能以及铌酸锂的电光、非线性特性,是具有单片全集成潜质的光电子平台。本研究旨在开发基于掺铒铌酸锂薄膜的集成波导放大器,以满足光通信网络中对紧凑、高效光放大器的需求,同时探索片上增益理论并开展实验... 详细信息

掺铒铌酸锂薄膜可兼具增益性能以及铌酸锂的电光、非线性特性,是具有单片全集成潜质的光电子平台。本研究旨在开发基于掺铒铌酸锂薄膜的集成波导放大器,以满足光通信网络中对紧凑、高效光放大器的需求,同时探索片上增益理论并开展实验验证。通过电子束光刻结合干法刻蚀的制备工艺,实现了传播损耗低至0.18 dB/cm的铌酸锂波导制备。通过1484 nm双向泵浦方案,10 cm长的集成波导放大器可实现62.76 dB的信号增强与22.26 dB的净增益,实验表征结果可与增益仿真结果匹配。这项研究为进一步优化基于掺铒铌酸锂薄膜的集成光学放大器及扩展其在光通信领域的应用提供了重要的实验基础和理论支持。

关键词：集成光学掺铒铌酸锂薄膜波导放大器净增益

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相位自校准的光纤微波频率绝对相位传递

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光子学报 2023年第9期52卷 145-155页

作者：张晋铂胡亮李奇陈建平吴龟灵上海交通大学电子信息与电气工程学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

提出一种相位自校准的光纤微波频率相位传递方案。该方案使用声表面波滤波器的冲激响应的窄带信号作为时间信号,使其与频率信号可同时使用同一波长进行传输。为实现稳定的可重复相位差,利用时间信号的往返传输时延来确定频率信号的整数... 详细信息

提出一种相位自校准的光纤微波频率相位传递方案。该方案使用声表面波滤波器的冲激响应的窄带信号作为时间信号,使其与频率信号可同时使用同一波长进行传输。为实现稳定的可重复相位差,利用时间信号的往返传输时延来确定频率信号的整数个周期,并在多次重启的情况下验证了系统相位的稳定性。在60 km实验室平台上对所提方案进行验证,频率传递的稳定度优于4×10^(-14)@1 s,5×10^(-17)@10000 s。系统多次重启的情况下,所获得的平均相位差最大不一致的峰峰值为0.008 rad,对应于整个周期的0.15%,可保证较高的相位一致性。

关键词：光纤光学光通信时间频率传递稳相传输相位一致

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硅基波导集成光学相控阵芯片——设计难点与突破(特邀)

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光学学报 2024年第15期44卷 437-451页

作者：许维翰周林杰陈建平上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240 上海交大-平湖智能光电研究院浙江平湖314200

以自动驾驶为代表的移动应用正在大力推动激光雷达向标准化和轻量化发展,新一代的固态激光雷达有望在芯片上单片集成,类似于电子芯片自由部署在智能传感平台上,大幅降低量产成本和应用门槛。在硅基平面波导集成平台上,利用半导体工艺并... 详细信息

以自动驾驶为代表的移动应用正在大力推动激光雷达向标准化和轻量化发展,新一代的固态激光雷达有望在芯片上单片集成,类似于电子芯片自由部署在智能传感平台上,大幅降低量产成本和应用门槛。在硅基平面波导集成平台上,利用半导体工艺并以光学相控阵为集成范式实现芯片化的固态激光雷达,不仅能够实现数字化的激光波束调控和软件定义的自适应扫描,而且能够最大限度地减少分立光学组件的高精度装调,提高系统在复杂工况下的可靠性。从光学相控阵的波束成形和波束扫描出发,对标自动驾驶激光雷达的典型应用需求,分析波导集成光学相控阵设计的理论参数和设计挑战,综述当前学界在大规模集成上的进展和突破,着重介绍激光扫描赋能、异质异构集成和指向混淆消除方面的工作,并对后续发展进行展望。

关键词：硅基光子集成光学相控阵可调激光器激光雷达

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薄膜铌酸锂多尖端端面耦合结构

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光学学报 2024年第11期44卷 115-122页

作者：王嘉毅蔡明璐李天怡张栩嘉陈建平吴侃上海交通大学电子信息与电气工程学院上海先进通信与数据科学研究院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

为提升薄膜铌酸锂芯片端面耦合的效率和稳定性,结合铌酸锂材料的刻蚀特点和工艺条件,设计并研究双层多尖端逆锥形的耦合结构。通过仿真计算、参数扫描和对比分析,探究双尖端和三尖端逆锥形耦合结构的特性及其参数选取方案。多尖端设计... 详细信息

为提升薄膜铌酸锂芯片端面耦合的效率和稳定性,结合铌酸锂材料的刻蚀特点和工艺条件,设计并研究双层多尖端逆锥形的耦合结构。通过仿真计算、参数扫描和对比分析,探究双尖端和三尖端逆锥形耦合结构的特性及其参数选取方案。多尖端设计可扩大端面处的模场,从而降低对加工精度的要求。在侧壁倾角62°和最小宽度150 nm的工艺条件下,理想的双尖端和三尖端结构分别在1550 nm波长处实现0.47 dB和1.04 dB的单端耦合损耗,且具有较大的工作带宽和对准容差。最后,结合多尖端耦合结构的制造和测试结果,分析薄膜铌酸锂芯片上端面耦合结构的优化方案,为进一步实现低损耗耦合结构奠定基础。

关键词：集成光学端面耦合逆锥形结构薄膜铌酸锂光子集成

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基于同相正交调制光学频域反射仪的分布式多芯光纤矢量传感

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激光与光电子学进展 2023年第23期60卷 108-115页

作者：吕明星李新碗上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

针对传统光纤传感难以实现应变矢量感知的问题,设计并实验验证了基于同相正交(IQ)调制的光频域反射仪(OFDR)的多芯光纤应变矢量传感系统。使用IQ调制技术,实现了光源线性扫频,利用多芯光纤空间结构关系,在OFDR系统中获得了七芯光纤弯曲... 详细信息

针对传统光纤传感难以实现应变矢量感知的问题,设计并实验验证了基于同相正交(IQ)调制的光频域反射仪(OFDR)的多芯光纤应变矢量传感系统。使用IQ调制技术,实现了光源线性扫频,利用多芯光纤空间结构关系,在OFDR系统中获得了七芯光纤弯曲后的应变矢量信息。实验结果表明,当光源扫频范围990 MHz时,在87 m七芯光纤中,弯曲应变空间分辨率为28.35 cm。当光纤弯曲曲率为1.78 m^(−1)时,角度分辨率为29°。同时进一步通过仿真分析表明,当扫频范围提高到10 GHz时,理论上可以达到1.02°的角度分辨率,从而进一步提高系统性能。

关键词：光纤传感光频域反射仪应变矢量七芯光纤同相正交调制

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智能技术赋能飞秒激光:表征与控制(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 223-243页

作者：罗超义理林蒲国庆上海交通大学电子信息与电气工程学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

飞秒激光在学术领域和工业领域都具有极高的应用价值,对飞秒激光进行准确快速的表征与精确控制对其各种应用至关重要。飞秒脉冲的传统表征方法依赖非线性效应且光路结构复杂,而飞秒脉冲的控制则大多采用开环手动调试,无法实现稳定的最... 详细信息

飞秒激光在学术领域和工业领域都具有极高的应用价值,对飞秒激光进行准确快速的表征与精确控制对其各种应用至关重要。飞秒脉冲的传统表征方法依赖非线性效应且光路结构复杂,而飞秒脉冲的控制则大多采用开环手动调试,无法实现稳定的最优调控,极大地限制了飞秒激光的应用。近年来,智能技术的出现给飞秒激光研究提供了新范式,结合智能技术,低能量高重复频率飞秒脉冲序列的单帧全域测量与飞秒脉冲的按需智能调控有望成为现实。

关键词：锁模激光器飞秒脉冲智能表征飞秒脉冲智能调控

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