自由空間光通信的案例
大氣湍流下的少模光纖耦合
摘要
自由空間光通信使用自由空間作為收發器之間的媒介，例如光纖。由于光束在自由空間的傳播距離較長，大氣湍流效應不容忽視。在這個用例中，我們復制了Zheng等人的實驗。Express 24（2016）]探索大氣湍流對自由空間光束與少模光纖之間耦合效率的影響。
用階躍折射率光纖模擬任務
光線追跡系統分析儀
線偏振光纖模式
現場跟蹤結果：能量密度
用梯度折射率光纖模擬任務
現場跟蹤結果：能量密度
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion技術
大氣湍流下的少模光纖耦合
摘要
自由空間光通信使用自由空間作為收發器之間的媒介，例如光纖。由于光束在自由空間的傳播距離較長，大氣湍流效應不容忽視。在這個用例中，我們復制了Zheng等人的實驗。Express 24（2016）]探索大氣湍流對自由空間光束與少模光纖之間耦合效率的影響。
用階躍折射率光纖模擬任務
光線追跡系統分析儀
線偏振光纖模式
現場跟蹤結果：能量密度
用梯度折射率光纖模擬任務
現場跟蹤結果：能量密度
走進VirtualLab Fusion
VirtualLab Fusion技術
ACS Photonic封面文章：首個基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片
電光式焦平面陣列的(a)輸出光斑質量，(b)光束掃描點圖，(c)波長輔助補盲，(d)激光掃描功能
應用領域：空間光束掃描、激光通信、激光雷達、激光投影、激光測量
西北工業大學團隊借助薄膜鈮酸鋰優異的電光性能首次實現了電光式焦平面陣列光束掃描芯片，其速度和能耗等性能相比現有熱光式焦平面陣列提升了兩個數量級。
項目團隊開發的焦平面陣列掃描芯片在掃描光束質量和掃描角控制等方面具備顯著優勢。例如：該方案可以產生圓形的、無旁瓣、發散角較小的掃描光束，光斑質量更好。基于薄膜鈮酸鋰的焦平面陣列僅需在相應的選通路徑上施加驅動電壓，可以用數字電壓信號進行驅動，而無需控制所有通道，也無需相位校準，控制復雜度大幅簡化。該方案無需波長調節即可實現二維光束掃描，在二維光束掃描方面更具優勢。
基于電光式焦平面陣列掃描芯片在空間激光通信、遠距離激光掃描與測量、激光投影等應用領域具有應用前景。通過集成大規模光柵輻射器陣列，可以提升掃描范圍并提高掃描精度，有望在更多領域獲得實際應用。
論文鏈接地址： https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsphotonics.5c00188
展開 校準激光器 | RP 系列激光分析設計軟件
</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 紅外自由空間光通信系統可能需要使用可見激光束進行初始對準。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 點激光器可用于對準機器，例如旋轉軸的位置。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 與位置敏感探測器結合使用，可以準確監控設備的微小移動。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 當構建紅外 體激光器或光學參量振蕩器時，可見光準直激光器可以極大地幫助找到激光諧振腔的初始近似對準。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 線激光可以指示紡織機將在何處切割織物、鋸將在何處撞擊某塊木頭等。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 十字激光還可用于指示垂直方向，例如用于切割矩形塊。</span></p><p><br></p><p><strong>輸出功率</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">許多準直激光器具有相對較低的光功率，約為1 mW 或更低，可能屬于最低的激光安全等級1。然而，也可以使用其他裝置來發射更高的功率，例如數百毫瓦。在這種情況下，直接射到人眼的光束必須被視為危險的，并且必須相應地使用激光。
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ACS Photonic封面文章：首個基于電光效應的焦平面陣列光束掃描芯片
此外，由于光開關陣列同時可以實現任意比例的光功率分配，因此可以選擇性地點亮某些光柵輻射器，實現如圖3d所示的激光投影功能。
圖3. 電光式焦平面陣列的(a)輸出光斑質量，(b)光束掃描點圖，(c)波長輔助補盲，(d)激光掃描功能
應用領域：空間光束掃描、激光通信、激光雷達、激光投影、激光測量
西北工業大學團隊借助薄膜鈮酸鋰優異的電光性能首次實現了電光式焦平面陣列光束掃描芯片，其速度和能耗等性能相比現有熱光式焦平面陣列提升了兩個數量級。
項目團隊開發的焦平面陣列掃描芯片在掃描光束質量和掃描角控制等方面具備顯著優勢。例如：該方案可以產生圓形的、無旁瓣、發散角較小的掃描光束，光斑質量更好。基于薄膜鈮酸鋰的焦平面陣列僅需在相應的選通路徑上施加驅動電壓，可以用數字電壓信號進行驅動，而無需控制所有通道，也無需相位校準，控制復雜度大幅簡化。該方案無需波長調節即可實現二維光束掃描，在二維光束掃描方面更具優勢。
基于電光式焦平面陣列掃描芯片在空間激光通信、遠距離激光掃描與測量、激光投影等應用領域具有應用前景。通過集成大規模光柵輻射器陣列，可以提升掃描范圍并提高掃描精度，有望在更多領域獲得實際應用。
論文鏈接地址：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsphotonics.5c00188
展開 你還不知道“渦旋光束”？(轉載）
而渦旋光束的光強分布是環狀的：
中心光強為零的環狀光束
這樣的中心暗斑會降低對生命物質的傷害，即使增加光強也不會對粒子造成太大的損傷，粒子可以毫發無損地被束縛在光束中心，因此在生物醫學方面具有獨特優勢。因此渦旋光束被廣泛應用于粒子操控領域，如捕獲線粒體、溶酶體、金屬顆粒、無機物和有機物顆粒等。
捕獲CuO顆粒
捕獲并標記溶酶體
除了捕獲特性，渦旋光束攜帶的軌道角動量是一個相對穩定的量，在光通信中，渦旋光束的拓撲荷數既可以作為載體傳遞信息，也可以為信道提供全新的復用維度，從而提高空間光通信系統的容量。
渦旋光束還有哪些奇特之處呢？
1.渦旋光束有螺旋式相位結構，光場中存在奇異點，在奇點處，振幅為零且相位不確定，光束傳播過程中光強呈現為環狀分布。
2. 具有軌道角動量，這種角動量具有機械效應，不僅可以產生扭矩還可以使物體移動，從而促進了上文中提到的光鑷技術的發展。渦旋光束的軌道角動量，還可用于自由空間光通信，并且具有信息存儲量大、穩定性高和保密性好的特點，為高密度信息存儲和傳輸提供了理論支持。
3. 帶有偏振態分布的渦旋光束還可用于激光加工和材料處理等。
有了上述“特異功能”，渦旋光束在醫學、通信、材料加工等領域將會有更為廣闊的應用。
來源：中國科學院光電技術研究所
http://dy.163.com/v2/article/detail/ER97TMNB051191KO.html
展開 光通信設計軟件——OptiSystem 光通信系統與放大器設計軟件
網絡設計工具
網絡設計工具包括用于光開關、復用器、解復用器、陣列波導（AWGs）、光纖連接器以及PMD仿真器的理想和非理想模型。
濾波器
提供各種用于子系統和系統設計仿真的電和光濾波器，包括標準濾波函數（貝塞爾、高斯、RC、升余弦等），數字IIR / FIR濾波器，周期濾波器，反射/FBG光纖光柵，已實測的濾波器，S參數濾波器以及聲光濾波器。
無源器件
可供各種類型的光電無源器件，可用于建立各種組件和子系統的設計。光元件包括衰減器、耦合器、功分器、合路器、偏振控制器、反射器、taps、隔離器和環行器。電器件包括180和90度混合耦合器、DC隔直、功分器、合路器以及射頻傳輸線。允許設計人員使用實際的測量數據來設定器件的傳遞函數，包括小信號散射矩陣和瓊斯矩陣。
信號處理
信號處理工具用于操作光，電和二進制信號。功能和操作包括偏置發生器、增益、信號的加法和減法、歸一化、電的微分器和積分器、下采樣、串-并和并-串轉換器、電翻轉正反器、電/二進制邏輯運算。
空間和自由空間光通信
OptiSystem有專門的組件用于自由空間光學信道（天線特性、大氣傳播）建模以及器件（多模信號發生器、空間連接器、薄透鏡、空間可視儀）之間多模信號耦合的空間傳播分析。
可視化工具
可視化和后仿真分析工具包括誤碼率測試儀和分析儀，眼圖分析儀、頻譜分析儀、示波器、光時域觀察儀、功率計、偏振分析儀，空間可視化儀器，環通量，DMD分析儀、光子全參數分析儀，濾波器分析儀，和S參數提取。
展開 智芯研報 | 6G：天地無疆，萬物無界
作為全球互聯網的關鍵推動力，光纖網絡連接各大洲，構成現代通信骨干網，為大都市、城市、城鎮以及越來越多的家庭提供高速數據訪問。將光纖傳輸直接拓展至無線接口，實現最后一英里的連接和移動訪問似乎亦是發展的必然選擇。
鑒于此，無論工業界還是學術界，均對無線光通信技術的發展青睞有加，主要包括:
（1）自由空間光通信（FSO）；
（2）可見光通信（VLC）；
（3）光學相機通信（OCC）；
（4）光無線聯網，也稱為Li-Fi；
（5）光移動通信（OMC）
3. 全應用
隨著AI和機器學習領域的高速發展， 6G網絡與幾代網絡相比，其智能化程度必然再攀高峰。通過人工智呢的強大算力對網絡資源，譬如節點和設備能力，可用頻譜，計算能力，供能，通信信道等，的多參數目標性能優化，可對網絡性能在有限的能耗下得到更大的提升。
此外，在大量以人為中心的服務中，6G網絡的高智能化便體現的淋漓盡致。例如，深度學習可以大大提高室內定位的準確性，智能物聯網和多模式數據收集基礎設施可以實現個性化的醫療保健。服務智能化可以通過核心網絡中的集中智能和接入網絡中的分布式智能相結合的方式實現。
6G網絡智能化的一個典型案例便是“智能內生網絡”，即通過將AI技術引入網絡，對網絡及其相關用戶、服務和環境的多維主客觀知識進行表征、構建、學習、應用、更新和反饋。基于所獲得的知識，實現網絡的立體感知、決策推理和動態調整。因此，網絡可以根據所需要的任何新服務自動進行更新。其自進化閉環結構如圖9所示
圖9.
展開 什么是波導？
雖然大多數光通信（如電信）都使用波導，但并非所有光通信技術都需要波導。自由空間光（FSO）通信就是一個重要示例，它在空氣（即自由空間）中傳播光信號，以在發射器和接收器之間傳輸數據。
光子集成電路
此外，光學波導還可在光子集成電路（PIC）中用作電路的“導線”，它們相當于電子集成電路（IC）中的常規導線，但其傳輸信號的方式是光，而非電子。波導可用于連接光子集成電路（PIC）上的不同組件。
PIC通常使用透鏡等組件與光纖耦合，以改變光的聚焦，因為光纖的模場尺寸比PIC大得多。因此，可將光聚焦到較小的范圍內，以降低損耗。
使用波導的PIC組件有很多，其中包括：
分光器：將單個波導的光波分成兩個波導
耦合器：將來自兩個不同波導的光波耦合為單個波導
環形諧振器：由圓形或橢圓形組成，其可用作PIC上的濾波器或調制器
螺旋波導：延遲PIC上的信號
光柵耦合器：將光垂直耦合到PIC與光纖，可以輸入也可以輸出光信號
光開關：改變波導中的折射率，以控制光信號，并在PIC中引導光信號的路徑
光子集成電路（PIC）中的微環諧振腔仿真
光學傳感器
光學波導廣泛用于光學傳感器。在化學傳感中，氣體或液體分子的存在會引起可被檢測的信號變化。分子會與波導結合或對波導造成干擾，從而改變波導的折射率。隨后可對此進行測量和量化，以確定所需關注的化學物質。使用光學波導的其它常見應用包括光探測與測距（激光雷達）、視覺傳感器和光纖傳感器等。
光學波導的制造
光學波導的制備技術包括：
光刻
激光寫入
薄膜沉積
光纖拉制
直寫技術
對于片上光學波導，半導體芯片采用傳統IC芯片的半導體制造工藝制成的。
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