具有无与伦比的光可控性的超表面已显示出彻底改变传统光学的巨大潜力。然而,它们主要需要外部光激发,这使得它们很难完全集成到芯片上。另一方面,集成光子学可以将光学元件密集地封装在芯片上,但它限制了自由空间光的可控性。在这里,通过将超表面装在波导上,我们将导波塑造成任何所需的自由空间模式,以实现复杂的自由空间功能,例如平面外光束偏转和聚焦。这种超表面还打破了有源微环谐振器中顺时针和逆时针传播的回音壁模式的简并性,从而导致片上直接轨道角动量激光。我们的研究展示了一条跨集成光子学和自由空间平台完全控制光的可行途径,并为创建具有灵活访问自由空间的多功能光子集成设备铺平了道路,这使得通信、遥感、显示器等领域的大量应用成为可能。
量子密钥分发 (QKD) 和超密集隐形传态等量子通信方案为安全地传递信息提供了独特的机会。光通信正日益扩展到自由空间信道,但自由空间信道中的大气湍流需要光接收器和测量基础设施来支持多种空间模式。本文,我们介绍了一种多模迈克尔逊型延时干涉仪,该干涉仪采用场展宽设计,用于测量自由空间通信方案中的相位编码状态。干涉仪采用玻璃光束路径构造,以提供热稳定性、场展宽角度公差和紧凑的占地面积。干涉仪的性能突出,单模和多模输入的测量可见度分别为 99.02 ± 0.05% 和 98.38 ± 0.01%。此外,还展示了针对任意空间模式结构和 ± 1.0 ◦ C 温度变化的高质量多模干涉。干涉仪测得的光路长度漂移接近室温,为 130 nm / ◦ C。借助此装置,我们展示了用于时间相位 QKD 的双峰多模单光子状态的测量,可见度为 97.37 ± 0.01%。
“参加 DREAM 让我学到了很多我以前不了解的材料科学和研究知识。这个项目让我更好地了解了开展研究的内容,我期待着成为当今不断发展的技术行业的一员。”
自由空间光通信 (FSO) 作为一种有前途的技术,正受到越来越多的关注,以克服日益拥挤的无线市场的带宽短缺问题。目前,射频 (RF) 技术难以应对日益增长的高带宽数据需求。此外,随着用户数量的增加,RF 频谱变得如此拥挤,以至于几乎没有空间提供新的无线服务,此外,使用 RF 频段的带宽限制有限,并且必须为此类频段支付许可费,这还带来了额外的不便。FSO 通信与其他替代方案相比具有明显的优势,例如更窄、更安全的波束、几乎无限的带宽以及对使用光频率和带宽没有监管政策。此外,在太空领域,由于与 RF 相比,FSO 技术的质量和功率要求较低,因此对卫星通信系统来说,FSO 技术正变得越来越有吸引力。基于 FSO 技术部署无线链路的主要缺点是光波在湍流大气中传播时会受到扰动。会产生许多影响,其中最明显的是信号承载激光束辐照度(强度)的随机波动,这种现象称为闪烁,由闪烁指数 (SI) 量化。FSO 链路中随机辐照度波动的统计分析是通过概率密度函数 (PDF) 进行的,从中可以获得其他统计工具来测量链路性能,例如衰落概率和误码率 (BER)。如今,辐照度数据最广泛的模型是 Lognormal (LN) 和 Gamma-Gamma (GG) 分布。尽管这两种模型在大多数情况下都符合实际数据,但它们都无法在所有大气湍流条件下拟合有限接收孔径尺寸的辐照度数据,即在存在孔径平均的情况下。此外,在某些情况下,LN 或 GG 模型似乎都无法准确拟合辐照度数据,特别是在 PDF 的左尾。本文介绍的工作致力于提出一种新的模型,用于在存在孔径平均的情况下,大气湍流下的 FSO 链路中的辐照度波动;从而得到指数威布尔 (EW) 分布。在这里,使用半启发式方法来找到一组将 EW 参数直接与 SI 相关联的方程。经过测试,这些表达式可以很好地拟合辐照度数据的实际 PDF。提供了新模型出现的物理依据,以及弱到强湍流状态下的大量测试场景(包括数值模拟和实验数据),以评估其在 PDF 和衰减概率方面对辐照度数据进行建模的适用性。此外,
FSO 使用光信号作为载波频率,通过大气提供点对点通信信息传输。由于其成本效益高、易于安装、快速建立通信链路(尤其是在灾害管理场景中)、高带宽配置和广泛的应用范围,它在电信行业引起了关注。其运行的频率范围使 FSO 通信无需许可。使用 FSO 通信,最大数据传输速率可达 2.5 Gbps,而 RF 通信系统提供的最大数据传输速率仅为 622Mbps。FSO 涉及使用空气作为传输介质的语音、视频和数据的光传输。使用 FSO 技术的传输相对简单。它涉及两个系统,每个系统都由一个光收发器组成,该光收发器由激光发射器和接收器组成,以提供全双工(双向)功能。每个 FSO 系统都使用高功率光源(例如激光)和一个望远镜,该望远镜将光通过大气传输到另一个接收信息的望远镜。此时,接收望远镜通过光纤连接到高灵敏度接收器。 2.0 什么是自由空间光传输系统? 自由空间光传输系统是一种无线连接形式,用于连接具有直接视线的两个点。该系统通过获取标准数据或电信信号、将其转换为数字格式并通过自由空间传输来运行。用于传输此信号的载波是红外线,由高功率 LED 或激光二极管产生。信号沿光纤传输的基本原理与通过自由空间传输的基本原理相同。 自由空间光学子系统