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《自然—通讯》刊发实验室研究成果光矢量分析领域取得重要进展
发表于:2020-07-21 10:10:58

去年年关将至,实验室的潘时龙教授团队在光矢量分析领域取得重要进展,提出了一种基于非对称光双边带调制的光矢量分析方法,实现了百Hz级别的分辨率、90dB的测量动态范围、和THz带宽的光器件幅度和相位响应测量。相关研究成果以《Optical vector analysis with attometer resolution, 90-dB dynamic range and THz bandwidth》(全文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13129-x)为题发表在Nature Communications (《自然—通讯》)上。该论文的第一作者是实验室博士生卿婷,通讯作者是潘时龙教授。

        光器件是实现新一代光信息系统(光通信、光传感、光处理、量子计算等)的物理载体。光矢量分析方法作为一种能够测量光器件幅度、相位以及偏振响应的基础测量方法,对光器件的研制、生产、检测和应用有着极为重要的作用。不同的光器件对测量的要求也不同。比如,应用于量子存储的超高Q值光谐振器要求光矢量分析方法具有超高的频谱分辨率,大容量光通信所需的光纤类器件要求光矢量分析方法具有超宽的测量范围,而光处理所需的高精细可编程和非线性器件则要求光矢量分析方法具有足够的测量动态范围。

        然而,现有的光矢量分析方法很难同时实现超高分辨率、超宽带和大动态范围。基于干涉法的光矢量分析方法可以提供较宽的测量范围和较大的动态范围,但分辨率较差。光信道估计法可以达到亚MHz量级的分辨率,但是它的动态范围和测量范围都较小。基于光单边带调制的光矢量分析方法理论上可实现超高分辨率,但测量范围受限于测量系统的带宽,且高阶边带会恶化分辨率,引入严重的测量误差,并最终限制其动态范围。

        最近,我校潘时龙教授团队针对上述问题提出了一种基于非对称光双边带发射机与接收机的光矢量分析方法,能够同时满足超宽带、超高分辨率和超大动态范围的测量要求。非对称光双边带的使用不仅使测量范围加倍,避免出现频谱混叠,还消除了调制非线性带来的测量误差。接收机的高边带抑制比有助于实现大动态范围。由于发射机和接收机具有波长独立性,结合光频梳技术后,可将测量范围拓展至1THz以上,而无需进行复杂的操作和控制。在实验中,实现了分辨率为334 Hz、动态范围大于 90 dB、测量范围为1.075 THz的光器件光谱响应的测量。

 这项工作将为前沿光器件的研制和相关物理现象的探索提供了极为重要的测量工具。

[1] T. Qing, S. P. Li, Z. Z. Tang, B. D. Gao, and S. L. Pan, 'Optical vector analysis with attometer resolution, 90-dB dynamic range and THz bandwidth,' Nature Communications, vol. 10, 5135, Nov. 2019.[PDF]

[2]Nature Communications