- 徐伟;张业铭;倪锦超;王修远;余长源;
文章回顾了研究小组在抗失真及人工智能（AI）技术在干涉型光纤生命体征传感监测中的研究进展。文章从光纤马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的信号失真问题出发，分析了动圈式相位调制、生成对抗网络（GAN）神经网络重建、薄膜压电辅助解调及垂直腔面发射激光器（VCSEL）有源零差解调等抗失真技术；同时探讨了ELA模型和改进U-Net等端到端AI算法在心率（HR）、呼吸频率（RR）监测及心冲击（BCG）信号特征提取中的应用。这些技术进一步完善了非侵入式光纤干涉型生命体征监测系统，为其在大健康领域大范围应用起了重要的支撑作用。
2025年06期 No.252 5-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 2115K] - 菅野寛志;周雨奇;合田圭介;
文章介绍了光学频分复用（FDM）成像的原理及其在生物医学中的应用。此外，文章还探讨了该技术面临的挑战及其应对策略。FDM成像利用声光偏转器生成强度调制的光束阵列，用于样品照明与激发，同时通过单像素光电探测器进行光信号检测。该技术能够实现高速体积成像和高通量成像流式细胞术。凭借其独特的能力，FDM成像在神经科学、血液学和细胞生物学等领域展现出了广阔的应用前景。
2025年06期 No.252 16-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 1854K] - 谭旻;
光电融合芯片是集成光子技术与集成电路深度融合的产物，代表后摩尔时代信息产业的重要技术方向。文章系统阐述了光电融合芯片的基本概念，强调其从“分离”到“融合”的本质特征，不仅体现在物理制备层面的集成，更包括信息处理层面的融合。通过梳理相关概念与术语体系，并借鉴集成电路的技术演进经验，文章展望了光电融合芯片的未来发展，特别是其设计发展趋势，以期为该领域的研究与产业化提供清晰的概念框架和发展路径参考。
2025年06期 No.252 32-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1573K] - 王冬柔;李新;赵辰宇;祁舒波;黄善国;
近年来，超大规模深度学习模型的广泛应用推动了人工智能的快速发展，但随着模型参数规模从千万到万亿的飞跃式增长，单机或单卡已无法满足其训练需求，大模型分布式训练应运而生。光网络有超高带宽和低延迟等特点，为分布式训练提供了良好的解决方案。文章首先分析了大模型分布式训练的并行技术和通信需求，介绍了大模型分布式训练的常见网络拓扑；然后，分别从智算中心内和智算中心间的光组网架构和优化算法这两个层面出发，探究了其在大模型分布式训练中的应用；最后，提出了未来可能的研究方向，旨在为学者提供相关的知识脉络和研究参考。
2025年06期 No.252 45-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 2143K] - 王思明;袁仁智;杨闯;彭木根;
与传统无线光通信相比，紫外光通信（UVC）可以通过大气的强散射效应建立非视距（NLOS）链路，具有背景噪声低、局部保密性高、气候适应性强和组网灵活等优点。受大气对紫外光强吸收作用的影响，UVC需借助NLOS紫外光定位（UVP）技术维持以单阶散射为主的NLOS链路，从而尽可能减小路径损耗。目前UVC和UVP大多采用两套独立的系统实现，面临资源利用率低和定位实时性差的问题。为解决上述问题，文章引入了紫外光通信定位一体化（IUCaP）技术，首先明确其资源共享和功能协作分别带来的集成和协作两种潜在增益，其次对实现潜在增益的NLOS UVP、一体化波束控制（IBC）和通信定位协作机制等关键技术展开了介绍，最后阐述了当前IUCaP面临的研究趋势和挑战。
2025年06期 No.252 60-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1623K] - 杨仕奇;朱长银;王晓玲;邵卫东;李凡;陈伯文;
【目的】随着人工智能（AI）技术的不断发展，AI催生的各种应用方兴未艾，网络的带宽资源已经逐渐满足不了业务增长的需求，拓宽频谱是容量演进的一个重要方向。而引入C+L波段光网络能够有效解决光网络的带宽容量问题。【方法】为了有效降低网络的阻塞率和保障光网络的生存性，考虑C和L波段频谱资源分配造成的影响，采用不同工作路径和保护路径的路径选择方式、不同频谱资源的分配方式和不同调制格式的选择方式，文章提出了C+L多波段弹性光网络的损伤感知专用保护频谱分配方法（IASADP）。为了方便比较，引入了K条最短路径首次命中专用保护方法（KSPFFDP）、基于信噪比再验证专用保护方法（RSNRDP）、基于最大化信噪比专用保护方法（MSNRDP）3种方法作为对比，分析了在不同网络负载下各个方法的网络阻塞率和频谱利用率。【结果】仿真结果表明，与KSPFFDP、RSNRDP和MSNRDP相比，文章所提方法能明显降低网络的阻塞率，提高资源利用效率，解决了光网络的传输质量问题。【结论】因此，通过IASADP可实现C+L波段光网络频谱资源优化的目标。
2025年06期 No.252 69-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1727K] - 辜思佳;蒋林;闫连山;孙吉辉;冯家城;易安林;潘炜;
【目的】为进一步提升强度调制（IM）/量子噪声流加密（QNSC）系统的安全性，文章提出了一种混沌加密辅助的IM/QNSC系统安全性增强方案。【方法】在文章所提方案中，合法发送端将低阶4电平脉冲幅度调制（PAM-4）信号加密为超高阶PAM-256信号，然后通过非线性延迟混沌源产生的强度混沌加密该超高阶PAM信号，以增强IM/QNSC系统的安全性。【结果】文章对所提方案在56和112 Gbit/s的IM/QNSC色散管理传输系统中进行了数值验证。结果表明，在7%硬判决-前向纠错（HD-FEC）阈值下，56和112 Gbit/s的加密系统分别实现了400和300 km的传输；在20%软判决-前向纠错（SDFEC）阈值下，分别实现了700和600 km的传输。分析文章所提方案的安全性发现，该方案的噪声掩盖数（NMS）和检测失败概率（DFP）高于原IM/QNSC系统。【结论】混沌加密的辅助放大了QNSC系统中的窃听噪声，与原IM/QNSC系统相比，系统的安全性得到了提高。
2025年06期 No.252 76-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1914K] - 王瑞坤;张佳玮;宋宇晴;张侨伦;王景景;
【目的】为了研究高维度光交换网络的故障定位问题，实现交换节点内部和通信链路中光器件级别的故障准确定位，为智能光网络运维提供有效技术支撑，文章提出了一种基于级联神经网络（Ca-NN）模型的故障定位算法。【方法】文章对高维度节点架构和组网特性进行了分析，设计了模型回溯策略来解决故障定位错误的问题，引入蚁群算法实现了光性能遥测（OPM）的高效部署，并在5节点和8条双向链路的网络拓扑下进行了数值评估。【结果】仿真实验结果表明，文章所提算法在不同光器件类型、不同OPM部署比例下都获得了较传统算法更高的故障定位准确度。【结论】文章所提算法在处理高维度光交换网络的故障定位问题时，具备故障高准确度定位和有效纠错等能力，该算法可为大容量和高可靠光网络的运维提供有效技术支撑。
2025年06期 No.252 82-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2029K] - 安跃华;唐斌;刘江伟;高震森;
【目的】混沌激光保密通信通过硬件加密，具有高速率、长距离和与经典光纤信道相兼容的优势，可为高速光纤通信系统提供物理层安全保障。针对传统电光反馈混沌加密系统中环路时延泄漏而导致的安全性问题，文章提出了一种可隐藏电光反馈时延标签（TDS）特征的混沌保密光通信系统。【方法】通过耦合外部余弦信号进入电光反馈环路进行相位调制，利用余弦信号在自相关和延时互信息曲线中的周期性来掩盖原有电光反馈环路的TDS特征，避免环路时延物理参数被窃听者破解，进而充分保障了电光反馈加密结构的物理层安全。【结果】文章详细分析并对比了有无外部耦合信号及不同耦合比例和调制深度等关键物理参数对TDS特征隐藏的物理规律，仿真验证了一种28 Gbit/s开关键控调制信号经过电光反馈混沌保密通信系统的物理层加密和解密性能，并探明了收发端电光反馈环路时延失谐对混沌同步和系统通信性能的影响。在几种典型的窃听场景下，通过仅有余弦相位解密、色散补偿、或联合使用相位解密和色散补偿的窃听方式，探究了系统的抗窃听攻击性能。【结论】文章所提方法可有效隐藏电光反馈混沌加密系统的TDS特征，防止反馈环路时延泄漏，抵抗窃听者的非法攻击，为未来基于电光混沌保密通信系统的设计提供了一种新思路。
2025年06期 No.252 89-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1906K] - 陈希;杨志雄;汪静丽;陈鹤鸣;
【目的】太赫兹涡旋波在宽带通信、军事雷达、生物医疗和检测等领域具有广泛的应用前景，但利用传统太赫兹器件实现波束调控存在结构复杂、尺寸较大和可调谐性差等问题。针对这些问题，文章基于光敏硅的电导率可调性，提出了一种调控太赫兹波产生涡旋波及可逆波束切换的编码超表面。【方法】该超表面为3层结构，其顶层是金属-光敏硅复合结构，中间层为二氧化硅层，底部为金属层。编码超表面所产生的波束形式是由组成其的编码超表面单元按照一定编码序列排列而决定的。通过改变光敏硅电导率，可以实现单元性质的改变，进而在同一编码超表面上呈现相反的编码序列。通过调控太赫兹波可以实现涡旋波的产生及可逆波束的切换。【结果】仿真结果表明，通过改变光敏硅的电导率，同一编码超表面在两种不同的编码序列下均可以产生反射幅度较高的涡旋波束，且拓扑荷数相反，实现了拓扑荷数分别为l=1的涡旋波束以及l=-1的可逆波束。【结论】文章以产生应用前景较好的涡旋波为例设计了相关编码序列，产生了太赫兹涡旋波及可逆波束切换，在一定程度上提高了编码超表面调控太赫兹波的能力。这对太赫兹涡旋波通信及信息处理具有重要意义。
2025年06期 No.252 95-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1662K]
- 葛畅;杜江兵;沈嘉欣;雷霆;杜路平;何祖源;
随着人工智能、第五代移动通信技术（5G）和物联网等信息产业的快速发展以及算力需求的爆发式增长，数据中心和高性能计算对高速、低功耗和高密度互连技术的需求激增，2.5维（2.5D）、三维（3D）等先进光电封装技术受到大量关注并发展成为光电共封装（CPO）技术应用的关键解决方案。相比于传统有机和硅基转接板，玻璃基板凭借其优异的射频性能、面板级低成本制造、高稳定性和可靠性，成为下一代先进光电封装的重要技术路线。文章介绍了玻璃基光电集成封装技术中的关键技术，包括玻璃通孔（TGV）工艺、TGV转接板技术和光波导技术。同时，总结了CPO的应用现状，分析了国内外相关技术路线和进展，包括多种2.5D/3D封装的玻璃基CPO光交换和光引擎。此外，还指出可在玻璃基板上加工玻璃光波导器件，实现耦合、分束和复用等功能，进一步提高玻璃基光电集成的集成度和功能性。因此，玻璃基光电集成封装在CPO场景具有巨大技术优势和应用潜力，未来在光电混合计算和光传感等领域也有巨大的发展空间，是光电先进封装的重要技术路线。
2025年06期 No.252 100-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 2231K] - 潘云龙;卢芝蓝;周盈君;迟楠;
【目的】随着信息技术的高速发展和全球数据流量的激增，通信系统对高带宽、低时延和高可靠性的需求日益迫切，推动了信号频率向更高波段迁移。光学频率梳（OFCs）因其在高精度光谱学、光通信、量子信息处理和时间频率计量中的广泛应用而成为研究热点。相比于传统红外频梳，可见光频梳凭借其更高的带宽和更低的干扰特性，在天地一体通信和数据中心高速互联传输中展现出独特优势。然而传统红外频梳技术难以直接运用于可见光波段，因此文章研究旨在开发高效和低成本的可见光频梳生成方法，以满足未来高速光通信需求。【方法】文章提出了一种在可见光波段基于多频的正弦波和锯齿波混合的波形驱动相位调制器来生成频梳的方法，在波形级直接进行倍频混频处理以降低硬件需求，同时结合正弦波的平坦性和锯齿波的宽谱性以提升生成的有效频梳数量。该方法无需复杂的级联结构，设备简单、成本低且可灵活调整调制参数，为实现高性能可见光频梳提供了高效和实用的解决方案。【结果】实验结果表明，在532 nm波段使用该方法可以在载波光功率10 dBm变化范围内生成34条有效频梳，频梳数量约为传统正弦波驱动的3倍，光谱密度显著增强。【结论】文章所提方法可以低复杂性设备实现高效和平坦可见光频梳的生成，有望为未来第六代移动通信技术（6G）全光网络、数据中心互联和物联网提供高质量多载波源，具有广泛应用前景。
2025年06期 No.252 116-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 1940K] - 成龚芸;潘丹宁;王浩强;雷蕾;
随着红外和雷达探测技术的飞速发展及其与可见光和激光等探测手段的融合，战场目标的生存环境日益严峻，发展多波段兼容隐身技术具有重大战略意义。传统涂层材料通常仅在特定波段具备低发射率特性，缺乏光谱选择性，难以满足多波段兼容隐身的应用需求。近年来，基于多响应模式融合的光学微结构为实现光谱的精准调控提供了新的途径，通过逼近理想光谱响应，有望在多个目标波段实现有效隐身。文章系统梳理并评述了多波段隐身技术的最新研究进展：首先阐述了基于干涉与谐振原理的电磁吸收调控机制，及其在可见光、红外与微波等波段的隐身机理与实现路径；进而剖析了多波段兼容隐身结构的设计策略，针对传统正向设计计算复杂度高和优化效率低的局限性，重点探讨了智能逆向设计在实现光谱精准匹配与结构优化中的关键作用；接着，面向复杂环境背景下的隐身需求，重点分析了基于相变材料、液晶和石墨烯等新型功能材料赋能的自适应动态调控隐身技术；最后，对多波段隐身技术的未来进行了探讨与展望。
2025年06期 No.252 124-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 1957K] - 王梦宇;
微腔光频梳（OFCs）凭借其小型化、功耗低、可集成和高相干性的优势，在双梳光谱学、相干光通信、激光雷达和光钟等领域具有显著的应用价值。文章首先概述了微腔OFCs的研究意义，然后对微腔OFCs进行了介绍；接着简述了氟化镁（MgF_2）微腔的制备和封装技术；然后阐述了MgF_2微腔OFCs的产生和调控方法；最后重点介绍了MgF_2微腔OFCs的应用，包括微波光子、光通信和精密计量等。
2025年06期 No.252 137-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 1926K] - 房俊锋;高鹏;陈聪;戴耀威;崔鸿忠;黄涛;冯星宇;刘海;
【目的】偏振光自旋解耦在手性分子检测、偏振全息成像与偏振复用通信等领域具有重要应用前景。文章提出了两种基于相变材料Ge_2Sb_2Se_4Te_1(GSST)、工作波长为4.7μm的中红外（MIR）多焦点超透镜。利用GSST材料在相变前后光学常数的显著差异，实现了入射圆偏振光中相反旋性圆偏振光分离与多焦点动态聚焦。【方法】文章设计主要采用传播相位与几何相位结合的方式，完成了多焦点自旋解耦超透镜表面相位分布设计。通过在单元库中选取8阶等效半波片微结构以覆盖0～2π相位，并将其排列在CaF_2基底上形成超透镜阵列。【结果】首先设计了基于GSST材料的双焦点超透镜，其可以将入射圆偏振光转化为旋性相反的圆偏振光，并聚焦在沿透镜轴向的左旋圆偏振（LCP）与右旋圆偏振（RCP）双焦点位置；通过外部激励调控GSST的结晶水平，可实现聚焦强度的连续可调。在此基础上，进一步构建了可实现多焦点独立调控的4焦点超透镜结构，以扩展聚焦功能的灵活性。其被设计成一种同心双环的结构，内、外双环的相位分布各对应两个焦点，因此独特的双环结构可将圆偏振光聚焦于4个不同焦点。通过联合调控入射光的偏振态以及同心双环结构中微单元GSST的结晶状态，可实现4焦点不同位置间的动态聚焦。【结论】目前基于相变材料的超透镜研究多集中于双焦点和光开关设计，主要关注焦距切换和波前重构等方向。而在多焦点动态聚焦与偏振自旋解耦的联合调控方面仍缺乏系统性研究。上述两类超透镜均实现了可调谐的自旋解耦并聚焦圆偏振光功能，在三维显微层析成像、手性分子检测以及通信系统的偏振光复用等领域具有较强的潜在应用价值。
2025年06期 No.252 150-159页 [查看摘要][在线阅读][下载 2236K] - 刘青青;郑建城;
【目的】为实现2μm波段高性能超快光纤激光输出，文章提出了一种融合碳纳米管（CNT）可饱和吸收体与非线性放大环形镜（NALM）的混合锁模掺铥光纤激光器（TDFL）。【方法】通过数值求解耦合复金兹堡-朗道方程，系统研究了泵浦功率和CNT可饱和吸收体参数对超短脉冲输出特性的调控机制。【结果】结果表明，在8字形腔结构中，主环路和NALM环路的增益饱和能量分别通过增强自相位调制效应和优化非线性相移补偿显著影响了孤子脉宽、光谱带宽及能量特性。CNT的调制深度和非饱和损耗通过抑制非线性相移和触发耗散相变来调控光谱滤波效应和孤子能量。该混合锁模机制对泵浦功率波动和损耗扰动展现出强鲁棒性。【结论】文章为2μm波段高能量窄脉宽超快激光器的参数优化提供了理论依据。
2025年06期 No.252 160-171页 [查看摘要][在线阅读][下载 1672K] - 李文宇;吴沂浙;郑施冠卿;吴俊衍;段浩;宋亦飞;张宇;胡虞琳;徐晨曦;叶楠;宋英雄;
近年来，硅光子异质集成技术不断推进得到迅速发展，为解决硅基材料本身的局限性，微转印技术作为一种新的异质集成方案，在提高产品良率的同时降低了集成成本，其高效率和低损耗等优势逐渐被研究人员重视。文章从转印过程所使用的源材料及预制器件的角度出发，对微转印集成技术应用于硅基光子异质集成领域的研究情况进行了系统性综述。文章还阐明了微转印技术的灵活性与工程适用性，为未来高性能、多功能光子集成器件的开发提供了理论依据与技术参考。
2025年06期 No.252 172-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 1976K]