用二元相位调制实现啁啾纠缠光子对关联时间的压缩

啁啾纠缠光子对具有超宽带的频谱特征,但由于同时产生了二次频率相位因子使其关联时间也被拓宽,限制了其在量子计量、量子光刻等领域的应用.通过类比透镜在空间对光场的相位变换原理,本文提出了一种通过在频域制作"类透镜"(菲涅耳波带透镜)来等效消除二次频率相位因子,从而压缩啁啾纠缠光子对关联时间的方法.这种"类透镜"是基于菲涅耳波带片思想,通过将啁啾纠缠光子对光谱划分成菲涅耳频率波带,并进行二元相位(0,π)调制来实现.该方法可以在不损耗纠缠光信号的情况下极大地增强光子对的时间关联,同时又避免了相位补偿方法中压缩结果对色散介质长度的依赖和高阶色散影响的缺点.这些结果为产生超宽带、超窄时间关联的纠缠光子对提供了理论依据,在量子计量和量子光刻领域有潜在的应用.

离焦量和非单色光对二元相位光栅泰伯像的影响

利用平面波衍射的角谱理论 ,分析计算了二元相位光栅衍射光场的空间分布 ,特别讨论了离焦量和非单色光对泰伯像的影响 .随离焦量和带宽的增加 ,泰伯像的对比度和衍射效率减小 ,而压缩比增加 .计算结果指出 ,在带宽 <10 0 0或离焦量 <0 .0 1时 ,其对比度和衍射效率减小不到10 % ,仍能成较高质量的泰伯像 ;当带宽 >5 0 0 0或离焦量 >0 .1时 ,成像质量显著下降 .用薄膜沉积法制作了二元相位光栅 ,实验验证了理论结果 .这些结果对泰伯成像和阵列照明器的设计有重要的参考价值 .

二元相位取样光纤Bragg光栅型光分插复用器方案

结合马赫-曾德干涉仪(MZI)和二元相位取样光纤布拉格光栅(BP-SFBG)构造出了一种具备多信道处理功能的光分插复用器(OADM)。首先利用传输矩阵法建立了OADM的理论模型,再结合传输矩阵法和Chebyshev恒等式实现对BP-SFBG的快速分析和计算;最后给出了一个仿真设计的实例,数值结果表现出了良好的性能,为具体器件的研制提供了有益的参考。

使用二元相位菲涅尔波带片产生轴向线聚焦

介绍了一种全新的轴向线聚焦方案 .采用菲涅尔波带片 ,在实验中产生了沿轴向长为 5mm ,宽 10 0 μm的线聚焦 .光学测量表明 ,线聚焦轴向强度分布比较均匀 .这些参数基本上可以满足激光等离子体实验的要求 .

频域二元纯相位编码压缩成像

超分辨率被认为是光学成像和图像处理的"圣杯"之一.压缩感知理论的引入给出一种新的实现从单幅低分辨率图像的超分辨率重构方法,避免了传统超分辨率方法需要多幅亚像素图像的弊端.在分析压缩感知测量矩阵与光学成像系统之间对应约束异同的基础上,提出一种基于4-f光学架构的频域二元相位编码压缩成像方法,可以实现在单次曝光条件下获得的单幅低分辨率测量图像中实现超分辨率重建,不需要其他任何额外的信息采集.二元相位掩膜比均匀相位掩膜更容易物理实现,是压缩成像物理实现的一种更加可行的方案.模拟实验表明提出的方法可以有效地捕获图像的信息与高精度重建.此外,对于大尺度图像重建,该方法在重建时间方面优于Romberg提出的随机解调方法,在更符合实际方面的采样策略方面优于Yin提出的RecPC方法.

基于菲涅耳二元相位整形的啁啾脉冲压缩

相位补偿是脉冲压缩和产生超短激光脉冲的关键技术之一。首先通过类比菲涅耳波带片在空间中的相位函数,理论上证明菲涅耳二元相位整形方案可以实现类似透镜的功能,可以在频域中引入负二次光谱相位(负色散)。然后利用所提方案补偿啁啾脉冲的色散,从而将其变为变换受限脉冲,使其脉宽压缩到变换受限的时间宽度。所提方案仅与二次相位有关,不依赖于光谱振幅,因此对具有对称性分布的各种脉冲形状均适用。最后给出常见的高斯脉冲与方波脉冲的数值计算结果,在理论上验证所提方案的正确性。所提方案为啁啾脉冲压缩提供一种新的思路和方法,并可以拓展到有关色散补偿的其他领域中。

利用周期型正交二元相位板产生正方阵列涡旋和螺旋光场

设计了一种周期型正交二元相位板,其具有周期型矩形调制单元,各单元的相位调制量为0或π。该相位板的空间频谱具有中心直流分量为0的特点,分别对该频谱中心区域的4个一级频谱点和8个二级频谱点进行相位调制,可得到正方阵列光斑和正方阵列涡旋。阵列涡旋中各涡旋光束的拓扑荷数l=±1,在空间交错分布。由于两个正方阵列光场在垂直传播方向的横向周期恰好重合,且两个光场沿光轴方向的波数不同,因此叠加之后可以形成强度分布随传输距离旋转的正方阵列螺旋,阵列中存在两种具有相反螺旋方向的螺旋光束,同样在空间呈交错分布。此外,讨论了产生最佳螺旋光束的相位板设计条件,并给出理想情况下系统的能量利用率,所得实验结果验证了该方法的可行性。

二元相位光栅抗反射特性的耦合波分析

运用Ｍａｘｗｅｌｌ方程组和电磁场的边界连续条件，本文导出了二元相位光栅的严格的耦合波方程，分析了二元相位光栅的抗反射特性。在适当选取光栅的几何参数时，光栅的反射率可以减至几乎为零。实验测试结果与理论值基本相符。

基于非正交二元相位板的多焦点阵列光镊

提出了一种基于非正交二元相位板的阵列光镊系统,此系统可以实现对非正交排列的多个粒子的稳定捕获。通过对高数值孔径物镜在紧聚焦条件下的傅里叶变换理论和遗传算法来设计二元相位,优化得到具有不同分束比的,具有高衍射效率、高均匀度的归一化相位转折点,进而根据相位转折点设计出具有不同倾斜角度的非正交二元相位板。利用此二元相位板可以获得高数值孔径物镜聚焦下的各种非正交分布的阵列光斑。利用此类非正交阵列光斑,在光镊实验中实现了对二氧化硅微球的稳定捕获。理论模拟与实验结果表明,此方法可以实现对非正交排列的大量粒子的稳定捕获,在纳米粒子阵列的外延生长领域有着良好的应用前景。

多元位置3值连续相位调制解调方法

为进一步改善多元位置随机极性改进的连续相位扩展二元相移键控(Modified Extend Binary Phase Shift Keying with Continuous Phase,MCP-EBPSK)调制信号的频谱利用率,充分利用相位调制的位置和极性来携带多进制信息,提出了多元位置的3值MCP-EBPSK调制。阐述了多元位置3值MCP-EBSPK调制原理和基于(Back Propagation,BP)神经网络/支持向量机多分类器的解调器模型,对比和分析了随机极性MCP-EBPSK调制、3值MCP-EBPSK调制,以及多元位置随机极性MCP-EBPSK调制、多元位置3值MCP-EBPSK调制的功率谱、-60dB带宽、频谱利用率和解调性能.仿真结果表明:在保持功率谱结构不变的前提下,新的调制方式不仅提升了码率和频谱利用率,且解调性能更佳.

最优折衷三元相位振幅滤波器设计

为了使在空间光调制器上易于实现的三元相位振幅滤波器在畸变容限、噪声抑制能力和相关峰尖锐度这3个指标上均能取得较好的性能,在最优折衷最大相关高度滤波器的基础上提出了最优折衷三元相位振幅滤波器,并研究了其设计方法。它只需最大化单个准则就能确定最优的临界线角度和支撑区域,简化了优化设计过程。实验结果表明:与二元纯相位滤波器相比,这种滤波器对于在30°的旋转畸变范围内并存在复杂背景的目标能给出更尖锐的相关峰。这将提高相关峰探测的准确性。

基于模式的自制小波在EBPSK信号检测中的应用

为了改善基于小波的超窄带信号的检测率,提出了根据信号的模式构建小波的方法.以扩展二元相位键控的"1"信号为例,采用常数正交函数空间投影法构建了对应的unb1小波,并与经典的Haar,db系列、Symlet系列、Coiflet系列、Biorspline系列、逆Biorspline系列、离散美尔、高斯系列、墨西哥帽和Morlet小波进行比较.分析结果发现,所提出的unb1小波性能较好,能够检测出信号的位置和尺度,且在噪声强度大于信号强度的情况下亦可工作.因此,基于模式的自制小波用于超窄带信号检测是可行的.

用粒子群优化算法设计光纤布拉格光栅

用粒子群优化(PSO)算法对二元相位取样光栅进行优化设计。实现了利用二元相位取样光栅对多信道色散和色散斜率的同时补偿。设计得到的二元相位取样光栅的反射谱各信道均匀,时延线性好,带宽、色散量和色散斜率可以根据实际的光纤类型来调整,对折射率调制要求较低。由于只有π相移,因此其制作比多级相位取样光栅相对简单。与其他优化方法相比,粒子群优化算法具有简单、收敛速度快等优点。

一种随机极性MCP-EBPSK调制解调器

为改善随机极性的连续相应的扩展二元相移键控(CP-EBPSK)调制信号的频谱结构,该文提出一种带功率谱形状调节系数的随机极性修正CP-EBPSK(Modified CP-EBPSK,MCP-EBPSK)调制解调器。阐述了随机极性MCP-EBPSK调制的基本原理,给出了无随机极性的MCP-EBPSK调制理论功率谱表达式。同时,设计了合适的数字冲击滤波器用于解调,给出了无编码的随机极性MCP-EBPSK通信系统框图,分析和验证了该类调制信号的功率谱特性和解调性能,并对多径信道上的解调性能进行了仿真。仿真结果表明:新的调制方式通过对功率谱形状的调节,不仅频谱利用率更高,解调性能也更好;现阶段,该系统不适合在无线信道传输,有望在有线信道上率先获得应用。

多元位置随机极性CP-EBPSK调制解调器研究

为改善随机极性的连续相位扩展二元相移键控(Extended Binary Phase Shift Keying with Continuous Phase,CP-EBPSK)调制信号的频谱利用率,提出了一种多元位置随机极性CP-EBPSK调制方式。阐述了多元位置随机极性CP-EBPSK调制原理。在数字冲击滤波器的基础上,分别给出了基于多路判决方式、贪婪判决方式和合理判决方式的解调器,并通过仿真对比和分析了CP-EBPSK调制、随机极性CP-EBPSK调制和多元位置随机极性CP-EBPSK调制的功率谱、-60dB带宽、频谱利用率和解调性能。仿真结果表明:1)在频谱结构不变的条件下,新的调制方式可使信息传输速率和频谱利用率成倍提高;2)若以bps/Hz/SNR(dB)为综合指标,CP-EBPSK系统为1.18*10-3,随机极性CP-EBPSK系统为7.01,而新的调制解调系统为13.8。

随机极性MCP-EBPSK传输性能

为提高随机极性的修正连续相位扩展二元相移键控(MCP-EBPSK)调制信号的传输性能,对比了AWGN信道上自适应门限判决、BP神经网络和支持向量机(SVM)判决3种解调方式的解调性能,并引入了RS码和规则LDPC码来进行改善.根据随机极性MCP-EBPSK调制原理和数字冲击滤波器特殊滤波机理,设计了基于自适应门限判决、BP神经网络和SVM的解调器.同时,在这3种解调方式性能均不佳时,对RS码和规则LDPC编码的随机极性MCP-EBPSK传输性能进行了仿真.仿真结果表明:在AWGN信道上,自适应门限判决、BP神经网络和SVM三种解调方式的解调性能相差不大;当采用自适应门限判决且误码率为10-4时,RS码和规则LDPC码的编码增益分别约为4 dB和7 dB.因此,引入信道编码可显著改善随机极性MCP-EBPSK的传输性能.

光衍射、仪器与器件

O436.1 96052870二元相位光栅抗反射特性的耦合波分析=Coupled-wave analysis of anti-reflective propertiesof binary phase grating[刊,中]/张国平,叶嘉雄,李在光(华中理工大学光学系.湖北,武汉(430074))∥光电子.激光.—1996,7(2).

不对称的随机极性甚小幅相调制系统

为了紧缩随机极性MCP-EBPSK调制信号的频谱,消除边带线谱,同时易于电路实现和芯片集成,提出了一种不对称的随机极性甚小幅相调制(ARP-VMAP)。该方法是对随机极性MCP-EBPSK调制的波形表达式进行了简化和近似,消除了超越函数,使得调制器更容易硬件实现,工作频率更高。仿真结果表明:即使在-74dB边带功率带宽的苛刻要求下,ARP-VMAP调制能完全去除已调信号功率谱中的线谱分量,获得比随机极性MCP-EBPSK更高的频谱利用率,且解调性能也显著提高,对于发射能量的利用率更高,有利于节能环保。

LDPC编码的随机极性CP-EBPSK系统

随机极性的连续相位扩展二元相移键控(CP-EBPSK)是一种高频谱效率的调制技术,特殊的冲击滤波器使得门限判决解调成为可能,为了进一步改善其在低信噪比下的误码率性能,引入低密度奇偶校验(LDPC)码作为信道编码。精确的后验概率估计对于译码性能至关重要,但解调方式的特殊性给获取后验概率带来困难。本文引入并分析了贝叶斯方法和支持向量机(SVM)以及两种基于判决门限的后验概率估计法。仿真结果表明,基于SVM和贝叶斯方法较基于判决门限的后验概率估计法更加精确,解调性能可提升8dB-9dB,但在解调之前对需要对码元进行训练,因而复杂度也相对较高;而基于判决门限的后验概率估计法不需要这一过程,因而实现较为简单,性能也可提升7dB以上。所以,在随机极性的CP-EBPSK系统中利用后验概率估计法作为LDPC码译码初始化较为有效。

激光损伤阈值单脉冲激光测量方法

利用二元相位光栅的特点，设计一个具有特定相位分布的相位光栅，在单色波的照明下，使某些特定位置的菲涅耳像变成一个振幅光栅即光斑阵列。如果该光斑阵列的光强按照一定关系分布，将阵列光斑作用于实验样品上，能确定出各个光斑对应的损伤，就能从一次激光脉冲辐照中得出样品损伤阈值。激光光束为高斯光束，入射高斯光束通过二元相位光栅分解成类高斯分布的点阵并对样品进行辐照，研究衍射点阵中各点的一阶峰值能量密度分布和样品的损伤情况，可以单脉冲激光确定光学薄膜的损伤阈值。