本所主要從事深紫外至中紅外超短脈沖激光技術(shù)及其應(yīng)用、飛秒光學(xué)頻率梳技術(shù)及其應(yīng)用、超快非線性光學(xué)和量子光學(xué)中的若干問題、新型光電材料及光場調(diào)控器件在激光系統(tǒng)、精密傳感與測量中的應(yīng)用等方面的科學(xué)研究與產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)換。
近三年，團(tuán)隊(duì)承擔(dān)國家級項(xiàng)目5項(xiàng)，省部級項(xiàng)目11項(xiàng)，市級項(xiàng)目2項(xiàng)，國際期刊上發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文20篇，申請專利14項(xiàng)，授權(quán)3項(xiàng)。
l 團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：
孫敬華，男，博士，教授，2002年于天津大學(xué)獲得博士學(xué)位，2002年至2004年為中國科學(xué)院物理研究所博士后，從事飛秒光參量振蕩器（OPO）和飛秒光參量啁啾脈沖放大器（OPCPA）方面的研究；2004年至2011年在英國Heriot-Watt University 從事飛秒激光頻率梳、可見光阿秒脈沖相干合成、精密光梳光譜學(xué)等領(lǐng)域的研究；2012年至2016年為華中科技大學(xué)教授、湖北省楚天學(xué)者特聘教授，主要從事精密飛秒光學(xué)頻率梳及其在光學(xué)頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用研究；2016年10月以學(xué)科方向領(lǐng)軍人才教授全職加入東莞理工學(xué)院，并為英國Heriot-Watt University 榮譽(yù)研究員、中國光學(xué)學(xué)會激光加工專業(yè)委員會委員、中國光學(xué)工程學(xué)會光與物質(zhì)相互作用及其應(yīng)用專業(yè)委員會委員；目前主要從事超短脈沖激光技術(shù)及其在精密加工和精密測量中的應(yīng)用研究。主持過研國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國家自然科學(xué)基金青年和面上項(xiàng)目、863子課題、廣東省教育廳和廣東省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目，參與英國EPSRC項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目；在國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文80余篇，在CLEO、CLEO-Europe等國際學(xué)術(shù)會議報告十余次；主要講授大學(xué)物理、光電子技術(shù)（研）、超快激光技術(shù)及應(yīng)用、光電專業(yè)英語等課程。
郵箱：sunjh@dgut.edu.cn， 辦公地點(diǎn): 8A202
l 團(tuán)隊(duì)成員：
陳曉涌，男，博士，副教授，本碩就讀于北京交通大學(xué)，2015年于西班牙馬德里理工大學(xué)獲得通信技術(shù)與系統(tǒng)專業(yè)博士學(xué)位；2015年12月至2017年10月在廣州暨南大學(xué)光子技術(shù)研究院從事博士后科研工作，研究方向?yàn)楣饫w生物醫(yī)學(xué)傳感；2017年11月至2021年1月為汕頭大學(xué)講師至副教授，研究方向?yàn)楣饫w（生物）傳感與光通信。2021年2月至今，在東莞理工學(xué)院從事教學(xué)科研工作。至今，已在Optical fiber technology, IEEE Photonic technology letters, Journal of Lightwave Technology 等國際期刊發(fā)表論文20余篇，完成國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，廣東省自然科學(xué)基金博士啟動項(xiàng)目1項(xiàng)，以及中國博士后基金面上項(xiàng)目1項(xiàng)。目前研究方向為光纖（生物）傳感，高速光通信及超快激光。
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劉增星，男， 博士，特聘副研究員，2020畢業(yè)于華中科技大學(xué)，光學(xué)專業(yè)。主要從事量子光學(xué)和非線性光學(xué)方向的研究，具體包括腔光力系統(tǒng)和腔磁振子系統(tǒng)中高階邊帶產(chǎn)生及其在精密測量方面的應(yīng)用。已發(fā)表學(xué)術(shù)論文26篇，其中第一作者14篇，包括Photonic Research、Physical Review A/B、Optics Letters 和 Applied Physics Letters等期刊。論文被SCI引用690余次（他引590余次），H因子13。目前主持一項(xiàng)國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目，一項(xiàng)廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和一項(xiàng)廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金青年項(xiàng)目。
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魏丹，女，博士，講師，本科畢業(yè)于電子科技大學(xué)信息顯示與光電技術(shù)專業(yè)，2020年畢業(yè)于南京大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)博士。2020年11月至今為東莞理工學(xué)院講師。主要從事非線性光子晶體、光場調(diào)控以及軌道角動量模式在旋轉(zhuǎn)測量領(lǐng)域等方面的研究。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，省部級項(xiàng)目2項(xiàng)，在Nature Photonics、ACS Photonics、Optics Express、Optics Letters 和 Applied Physics Letters等期刊上發(fā)表論文十余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)，。
郵箱：weid@dgut.edu.cn， 辦公地點(diǎn)：8A202。
謝仲業(yè)，男， 博士，特聘副研究員，本科畢業(yè)于西南交通大學(xué)機(jī)械專業(yè)，2020 年畢業(yè)于中科院光電技術(shù)研究所測試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)博士，隨后至中車株洲所從事研發(fā)工作，2021.04以特聘副研究員崗位引進(jìn)至東莞理工學(xué)院。主要從事光學(xué)微納結(jié)構(gòu)檢測、飛秒激光及結(jié)構(gòu)光3D精密測量等方面的研究。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，四川省科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目1項(xiàng)，在Optics Express、Opics and laser technology、 Optics and laser in engineering 等期刊上發(fā)表論文十余篇，獲授權(quán)專利1項(xiàng)。曾獲得中科院院長優(yōu)秀獎、國家獎學(xué)金等。
郵箱：xiezy@dgut.edu.cn, 辦公地點(diǎn)：7A401
李波瑤，男， 博士，特聘副研究員，2021畢業(yè)于華南師范大學(xué)，光學(xué)專業(yè)博士。曾于2019.01－2019.07 獲得新加坡國家基金在新加坡南洋理工大學(xué)進(jìn)行博士研究生聯(lián)合培養(yǎng)的研讀，2021.06－至今為東莞理工學(xué)院講師。主要從事微結(jié)構(gòu)光纖功能器件，如光場調(diào)控，激光器，傳感器，以及基于新型光纖的超短脈沖激光器等研究。在iScience, Journal of Lightwave Technology，Optics Lettes等期刊發(fā)表論文二十余篇。主持省部級項(xiàng)目2項(xiàng)。獲全國大學(xué)生數(shù)學(xué)競賽（國家級）三等獎、指導(dǎo)學(xué)生團(tuán)隊(duì)獲第十二屆 “挑戰(zhàn)杯” 廣東大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽（省級）、金獎、第十二屆 “挑戰(zhàn)杯” 廣東大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽（國家級）銀獎、第六屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽（國家級）銅獎。
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左小杰，女，博士，講師，2022年畢業(yè)于山西大學(xué)光電研究所，光學(xué)專業(yè)博士。2022年6月以準(zhǔn)聘講師崗位引進(jìn)至東莞理工學(xué)院，主要從事基于干涉儀的量子精密測量的研究。在Physical Review Letters、Applied Physics Express等期刊發(fā)表論文5篇。主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，山西省研究生教育創(chuàng)新項(xiàng)目“海森堡尺度的量子干涉儀研究”1項(xiàng)，獲得2020年博士研究生國家獎學(xué)金和2021年全國光學(xué)與光學(xué)工程博士生學(xué)術(shù)聯(lián)賽華北賽區(qū)一等獎等獎勵。
郵箱：xiaojie@dgut.edu.cn， 辦公地點(diǎn)： 8A202
在讀研究生：
2024級：劉惠文、陳鶴、劉潤彬、鄔思建、許德偉、古楚芳、柯華標(biāo)、王世卓
2023級：張子卿、唐彰管、王博洋、李翔
2022級：邱志鋒、孫世超 、陳耿（聯(lián)培）、唐子文（聯(lián)培）、彭椒（聯(lián)培）；
已畢業(yè)研究生：
2021級：鄭子華、肖涵、回魯閩、紀(jì)丹寧（聯(lián)培）；
2020級：汪幸杰（聯(lián)培）、林鈺培（聯(lián)培）
2019級：柏漢澤（聯(lián)培）
2018級：彭康狄（聯(lián)培）
2017級：鐘藝峰（聯(lián)培）、余建偉（聯(lián)培）
交流學(xué)生：
吳鑫（湖南理工學(xué)院）、任熾明（廣東化工學(xué)院）、容駟駒（廣東工業(yè)大學(xué)）、張森（廣東工業(yè)大學(xué)）、李云飛（東莞理工學(xué)院-散裂中子源）、熊益明（東莞理工學(xué)院-散裂中子源）
l 科研方向：
1. 高功率飛秒激光系統(tǒng)及阿秒激光系統(tǒng)：
高功率超短脈沖激光器以其極高的脈沖峰值功率以及極短的脈沖寬度無論在科學(xué)研究還是在工業(yè)應(yīng)用上都具有不可替代的優(yōu)勢。飛秒脈沖激光器可以輸出具有高達(dá)千瓦量級的平均功率，幾百飛秒（fs）量級以下的脈沖寬度。在重復(fù)頻率為1kHz至100MHz量級的情況下，其脈沖能量可以跨越毫焦（mJ）至納焦（nJ）量級，脈沖峰值功率可以高達(dá)GW至TW量級。這種集高脈沖能量、高脈沖峰值功率以及高脈沖重復(fù)頻率于一體的激光器可以高效地加工出比連續(xù)或者長脈沖激光更加精細(xì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以在硅表面產(chǎn)生微米尺度的微結(jié)構(gòu)使硅基太陽能電池的效率大大提高，可以加工微米至納米尺度的光學(xué)及機(jī)械器件等等。圖1給出了一個不同脈沖寬度的激光脈沖在金屬表面加工的效果對比圖。此外這類激光器更為激光雷達(dá)、遠(yuǎn)距離激光測距以及激光對抗等高端應(yīng)用提供了絕佳的解決方案。圖2 給出了近年來高功率超短脈沖激光發(fā)展的總結(jié)歸納。
圖1. 飛秒、皮秒和納秒激光脈沖在金屬薄片上燒蝕鉆孔的電鏡圖。脈沖波長均為780nm 。其中左圖：200fs, 120 mJ, 0.5J/cm2； 中圖：80ps, 900 mJ, 3.7J/cm2；右圖：3.3ns, 1 mJ, 4.2 J/cm2。
圖2. 高峰值功率高重復(fù)頻率超短脈沖激光器的研究進(jìn)展。
2. 精密飛秒激光頻率梳及其在精密測量和傳感中的應(yīng)用研究：
飛秒光學(xué)頻率梳通過窄線寬微波或者光波參考源控制飛秒激光振蕩器輸出脈沖的重復(fù)頻率和載波包絡(luò)相位偏移頻率而獲得時域和頻域精密穩(wěn)定的飛秒脈沖序列，為精密光譜學(xué)、精密計(jì)量學(xué)以及獨(dú)立光源的相干合成等帶來了革命性的促進(jìn)作用，并成為2005年諾貝爾物理學(xué)獎的重要成果之一。
圖3. 飛秒激光器及光學(xué)頻率梳研究領(lǐng)域關(guān)系圖。中間為飛秒激光和光學(xué)頻率梳技術(shù)，左邊紫色區(qū)域偏向于基礎(chǔ)研究應(yīng)用，右邊黃色區(qū)域偏向于工業(yè)應(yīng)用。
本所主要著力于高精度高集成度的光學(xué)頻率梳技術(shù)的研究，并探討其在三維距離/位移精密測量及痕量物質(zhì)精密光譜測量等方面的應(yīng)用研究。 其中基于飛秒雙光梳的精密絕對距離測量和三維測量可以在ms量級時間內(nèi)達(dá)到nm量級的z方向分辨率，是衛(wèi)星編隊(duì)、地球物理、精密工業(yè)測量等領(lǐng)域新興的高精度測量手段。本團(tuán)隊(duì)已實(shí)現(xiàn)全自主化的基于摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光、摻鉺光纖激光和摻鐿光纖激光的飛秒雙光梳測距系統(tǒng)，并致力于其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
圖4. 摻鉺雙飛秒激光頻率梳及精密測距系統(tǒng)。
3. 超快微波光子學(xué)研究
隨著通訊載波的不斷提高，5G通訊的載波會高達(dá)20GHz以上，在此波段，目前基于電子學(xué)的模數(shù)轉(zhuǎn)換由于孔徑抖動（aperture jitter）的原因，其有效位數(shù)急劇降低。基于光子學(xué)的ADC器件在同等輸入頻率的情況下的孔徑抖動較電子器件要低一個數(shù)量級以上。基于鎖模激光器的飛秒光學(xué)頻率梳非常簡潔地將微波頻率和光波頻率聯(lián)系在了一起。依賴于飛秒激光器內(nèi)上萬至上百萬個激光縱模相互間的相位鎖定，飛秒光學(xué)頻率梳在微波段體現(xiàn)出遠(yuǎn)低于微波信號的相位噪聲，可以為5G通訊、相控陣?yán)走_(dá)、地面或衛(wèi)星通訊精密同步等提供極低相位噪聲的微波信號和模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣信號。
圖5. 基于電子學(xué)器件（藍(lán)色圓點(diǎn)）和基于光子學(xué)器件（橙色五角星）ADC器件性能匯總。
4. 基于光學(xué)參量過程的量子測量、量子計(jì)算
4.1基于光參量的精密測量
光學(xué)干涉儀是一種有效的精密測量工具，待測信號會引起兩個干涉路徑之間的相位變化，并且干涉儀的輸出信號對相位變化非常敏感，因此，利用干涉儀可以對諸多微小物理量進(jìn)行測量，例如引力波探測。隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)典光學(xué)干涉儀的靈敏度最終將受限于真空起伏噪聲，也就是散粒噪聲極限。非經(jīng)典光場不僅是量子力學(xué)的核心概念，而且可以用于量子計(jì)量、量子信息等領(lǐng)域，利用量子技術(shù)可以提高干涉儀的位相測量靈敏度使其突破散粒噪聲極限。量子干涉儀可以利用多種量子資源提高測量的靈敏度，測量淹沒于散粒噪聲極限的微弱信號。光學(xué)參量放大器是開展量子精密測量的一種重要量子器件。
圖6基于光學(xué)參量放大的馬赫曾德干涉儀
圖6是理論提出并且實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的基于光學(xué)參量放大的馬赫曾德干涉儀[Phys. Rev. Lett. 124, 173602 (2020)]。將光學(xué)參量放大器耦合到馬赫曾德干涉儀的兩臂中，直接產(chǎn)生的壓縮態(tài)光場用作相敏場強(qiáng)，搭建了量子馬赫曾德干涉儀。通過高效利用壓縮態(tài)，降低馬赫曾德干涉儀的噪聲水平，提高干涉儀的信噪比和靈敏度，實(shí)現(xiàn)了突破散粒噪聲極限的微弱相位測量。
圖7 (a)邁克爾遜干涉儀,（b）基于光學(xué)參量放大的邁克爾遜干涉儀
圖7 是理論提出的基于光學(xué)參量放大的邁克爾遜干涉儀的方案[Acta Physica Sinca，67, 134202 (2018)]。將光學(xué)參量放大器引入邁克爾遜干涉儀，使其取代線性干涉儀中的線性分束器，構(gòu)建基于光學(xué)參量放大的邁克爾遜干涉儀。通過光學(xué)參量放大器對信號的放大作用，提高干涉儀的信噪比和靈敏度。
本所著力于高精度量子干涉儀的研究，并探討其在位相精密測量、位移精密測量等方面的應(yīng)用研究。
4.2基于飛秒OPO的量子計(jì)算。
飛秒簡并光學(xué)參量振蕩器(degenerate optical parametric oscillator, DOPO ) 在簡并參數(shù)放大過程中產(chǎn)生的信號光的正交振幅分量被反壓縮，正交位相分量被壓縮，且只能在0和π兩種相位狀態(tài)之一振蕩（如圖8）。
圖8 在正交振幅和正交位相的(X，P)空間，DOPO的量子噪聲分布(a)閾值以下，(b)閾值以上[J. Opt. Soc. Am. B 7, 815 – 820 (1990)]
因此，飛秒DOPO不僅可以用來產(chǎn)生噪聲低于散粒噪聲極限的量子態(tài)，提高飛秒探測的測量靈敏度，還可以用來構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)，解決復(fù)雜的組合優(yōu)化問題。組合優(yōu)化問題廣泛地出現(xiàn)在藥物設(shè)計(jì)，計(jì)算科學(xué)，蛋白質(zhì)折疊，大數(shù)據(jù)處理，超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中。這類問題的特征是需要在包含眾多可行解決方案的集合中搜索出最優(yōu)解。然而在求解大尺度的組合優(yōu)化問題時，往往需要處理巨大的數(shù)據(jù)量，計(jì)算復(fù)雜度呈指數(shù)型增長，用量子方法求解伊辛模型全局最小值的量子計(jì)算機(jī)--量子伊辛機(jī)，可以解決這一問題。將0 相位映射為向上的自旋態(tài)|↑>，將 π 相位映射為向下的自旋態(tài)|↓>，從而可以用光脈沖模擬伊辛自旋。一個飛秒DOPO可以產(chǎn)生N個DOPO脈沖(N取決于泵浦光脈沖的時間間隔和環(huán)形腔的長度)，為了求解某個給定的伊辛問題，可以將 DOPO 的輸出場相干地注入到其他 DOPO脈沖中，并對脈沖的振幅和相位進(jìn)行調(diào)制，這樣就能實(shí)現(xiàn)脈沖之間的耦合，此時DOPO腔的起振閾值對應(yīng)于伊辛模型的最小值[Sci. Adv. 2019;5: eaau0823]。逐漸增加泵浦的功率，當(dāng)泵浦達(dá)到增益等于損耗的臨界值時DOPO 網(wǎng)絡(luò)開始振蕩，最終演化得到的全局相位構(gòu)型即為對應(yīng)伊辛問題的解。
本所著力于構(gòu)建飛秒簡并光學(xué)參量振蕩器，并實(shí)現(xiàn)基于飛秒DOPO的量子計(jì)算。
圖9 相干伊辛機(jī)(CIM)的一種實(shí)驗(yàn)裝置圖. 上半部分為主振蕩腔，下半部分為測量-反饋裝置。
5. 精密測量與傳感
5.1精密三維顯微成像
微納結(jié)構(gòu)三維信息反映了器件特征與性能，通過對其進(jìn)行測量，不僅可以監(jiān)控加工質(zhì)量，而且能夠?yàn)榻⒔Y(jié)構(gòu)與功能聯(lián)系提供必要依據(jù)。基于結(jié)構(gòu)光編碼調(diào)制度分析的三維測量方法具體非接觸、高精度、高適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，在高精度測量領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
基于編碼成像差分探測納米級三維測量在編碼圖像在焦面處成像最清晰，調(diào)制度取得最大值，通過構(gòu)建差分探測系統(tǒng)，提取差分調(diào)制度零點(diǎn)所在位置實(shí)現(xiàn)高精度三維形貌重構(gòu)。
透明介質(zhì)多層微納結(jié)構(gòu)同步三維測量通過在不同介質(zhì)層成像，實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)及其厚度分布同步三維測量。
本所在精密三維成像方面的工作如圖10所示。
圖10. 結(jié)構(gòu)光對微納結(jié)構(gòu)的精密三維成像。
4.2 新型微結(jié)構(gòu)光纖時空光場調(diào)控器件研制
對光場多樣化的調(diào)控進(jìn)一步增加與控制傳輸光束攜帶的信息在激光動力學(xué)、生化監(jiān)測、 人工智能、傳感和通信等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。考慮到光纖的遠(yuǎn)程和柔性傳輸特性如何進(jìn)一步結(jié)合光纖拓展新奇結(jié)構(gòu)，探究其光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)而增加光場調(diào)控維度實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域應(yīng)用具有廣闊的研究前景和意義（圖11）。
圖11. 基于超短脈沖多維時空光場的柔性調(diào)制
4.3 光纖生物傳感
傾斜光纖光柵同時具有長周期光柵及布拉格光柵的特性，可以在測量折射率變化的同時校準(zhǔn)溫度變化引起的交叉感應(yīng)，因此，其在應(yīng)用于生物傳感時可以進(jìn)一步提升測量精度。另外，傾斜光纖光柵（TFBG）與表面等離子體共振（SPR）結(jié)合制備而成的TFBG-SPR傳感器具有高探測靈敏度、低探測極限的特點(diǎn)，是未來應(yīng)用于臨床生物分子探測的理想工具，可以為重大疾病（如癌癥）的早期診斷提供新的技術(shù)手段。
本方向主要研究TFBG-SPR在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用，包括特異性識別、分子間結(jié)合力監(jiān)控等，并將其應(yīng)用于原位測量。此外，本方向還將研究其他新型光纖傳感器的工作原理，并將其應(yīng)用于物理量及生物化學(xué)測量。
圖12. 傾斜光柵的制備及其在相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)典應(yīng)用。
6. 光學(xué)軌道角動量的產(chǎn)生及應(yīng)用
6.1非線性光子晶體中OAM模式的產(chǎn)生
1992年，Allen等人實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了拉蓋爾-高斯（Lagueere-Gaussian，簡稱LG）光束的扭矩，發(fā)現(xiàn)了軌道角動量（OAM）的存在。螺旋分布的相位、無限維度和正交性等特性使OAM模式近30年來備受關(guān)注，并被廣泛應(yīng)用在光操控、光通訊、量子、成像及探測等領(lǐng)域非線性光子。非線性轉(zhuǎn)換過程可以產(chǎn)生高階OAM模式，OAM守恒定則在這個過程中扮演著非常重要的角色。隨著三維非線性光子晶體的誕生，準(zhǔn)相位匹配技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高效的非線性轉(zhuǎn)換效率，其豐富的倒格矢可實(shí)現(xiàn)多路高階非線性OAM光束的產(chǎn)生。
圖13. 六角周期極化的LiTaO3晶體中的準(zhǔn)相位匹配過程。
6.2 OAM模式在旋轉(zhuǎn)測量領(lǐng)域的研究
OAM模式具有將旋轉(zhuǎn)角度放大的特性，適合微小角度的精密測量。當(dāng)OAM模式通過旋轉(zhuǎn)的Dove棱鏡時，出射OAM光束相位變化量被放大l倍，其中l為OAM模式的拓?fù)浜蓴?shù)。相位的測量一般可以通過干涉方法實(shí)現(xiàn)，然而干涉儀所處的空間往往充斥著大量的噪聲，不得不借助大量的光學(xué)以及電子器件通過調(diào)制解調(diào)、相位鎖定等技術(shù)去除，成本居高不下。我們提出一種新的方案，將這種相位變化轉(zhuǎn)變?yōu)楣曹?/span>OAM模式疊加態(tài)空間分布的變化，并用CCD記錄下來，然后通過數(shù)字圖像法分割空間區(qū)域分析光強(qiáng)分布變化，得到與l成正比的分析結(jié)果，最后反推出棱鏡旋轉(zhuǎn)的角度。此方法光路簡單易操作，且不會受到空間噪聲的干擾。
圖14.共軛OAM模式疊加態(tài)的數(shù)字圖像處理。
7. 磁振子及其相關(guān)量子系統(tǒng)中的非線性效應(yīng)
遵循摩爾定律發(fā)展的現(xiàn)代電子器件尺寸越來越小，芯片中因電荷高速運(yùn)動和頻繁碰撞帶來的嚴(yán)重發(fā)熱，不但造成高能耗，同時限制芯片處理速度與集成化程度的提高，成為阻礙當(dāng)前電子器件發(fā)展的一個嚴(yán)重問題。磁振子，即自旋波量子，可望在后摩爾時代器件的發(fā)展中作為信息載體有著誘人的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理與量子光學(xué)領(lǐng)域中一個重要的前沿課題。近年來，磁振子及其相關(guān)量子系統(tǒng)研究進(jìn)入到非線性領(lǐng)域。本方向主要研究磁振子頻率梳的產(chǎn)生、磁振子激光的產(chǎn)生、磁力混沌、超慢自旋波調(diào)控等。
磁振子頻率梳的產(chǎn)生
腔-磁力系統(tǒng)近年來成為了快速發(fā)展的研究領(lǐng)域，為觀察許多有趣的經(jīng)典和量子現(xiàn)象提供了一個特殊的平臺。磁力系統(tǒng)是利用鐵磁晶體中機(jī)械振子自由度和磁振子相互耦合（即磁致伸縮效應(yīng)）來研究磁振子學(xué)領(lǐng)域中許多不同非線性問題的一個獨(dú)特平臺，其中機(jī)械振子與磁振子之間的耦合可以用輻射壓力類型的耦合相互作用來表示，這跟腔-光力系統(tǒng)中機(jī)械振子和光子耦合形式是類似的，所以說磁力系統(tǒng)是一種廣義的光力系統(tǒng)。磁振子頻率梳（一種特殊的高階邊帶譜）是自旋波領(lǐng)域與光學(xué)頻率梳的直接類比，近年來因其在高精度磁振子頻率測量中的潛在應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注。然而，由于磁振子之間的非線性相互作用較弱，在低功率驅(qū)動下很難產(chǎn)生超寬帶的磁振子頻率梳。為了有效解決這一問題，本研究提出了一種在磁力系統(tǒng)中通過雙色微波驅(qū)動產(chǎn)生超寬帶磁振子頻率梳的有效方案。
圖15 腔磁力系統(tǒng)中磁振子頻率梳的產(chǎn)生
磁振子激光的產(chǎn)生
激光是20世紀(jì)人類的重大發(fā)明之一。在自旋電子學(xué) (Spintronics)中，實(shí)現(xiàn)磁振子相干放大，即磁振子激光（作為光學(xué)激光在磁振子學(xué)上的一種類比），對進(jìn)一步探究磁振子的非線性特性和量子效應(yīng)具有重要的科學(xué)意義。該研究方向旨在探討腔光磁系統(tǒng)中磁振子激光的產(chǎn)生及其有效調(diào)控。前期研究表明，在腔光磁系統(tǒng)中，入射的光學(xué)光子與YIG晶體上激發(fā)的磁振子模之間會發(fā)生非彈性散射，即布里淵散射（Brillouin scattering），從而實(shí)現(xiàn)磁振子的相干放大，使得磁振子激光的產(chǎn)生成為可能，這與腔光力系統(tǒng)中聲子激光的產(chǎn)生在精神上是一致的
圖16 腔光磁系統(tǒng)中磁振子激光的產(chǎn)生
l 團(tuán)隊(duì)代表性科研成果：
1) Boyao Li, Shichao Sun, Yaoyao Liang, Jinghua Sun, Xiaojie Zuo, Zhiyi Wei, “Intelligent soliton mode-locked laser based on multi-core fiber”, Optics & Laser Technology, 185:112588 (2025).
2) Chufang Gu, Boyao Li, Xiaojie Zuo, Xiaojie Zuo, Liang Yaoyao, “Dual-core fiber temperature sensor based on bending assist and spot pattern demodulation”, Optics Communications, 572:130961 (2024).
3) Zhixin Wu, Guowei Liu, Boyao Li, Junjie Huang, and Jinghua Sun, “Broadband and ascendant nonlinear optical properties of the wide bandgap material GaN nanowires”, Optics Express 32(12), 20638(2024).
4) ZiHua Zheng, Ziwen Tang, Zhiyi Wei, and Jinghua Sun, “Consideration of non-phase- matched nonlinear effects in the design of quasi-phase-matching crystals for optical parametric oscillators”, Optics Express 32(7), 11534(2024).
5) Zihua Zheng,Ziwen Tang,Zhiyi Wei,and Jinghua Sun, “Numerical investigation of effective nonlinear coefficient model for coupled third harmonic generation”, Optics Express 32(5), 7907(2024).
6) Zengxing Liu, Dissipative coupling induced UWB magnonic frequency comb generation, Applied Physics Letters 124, 032403 (2024).
7) Ziwen Tang, Zihua Zheng, Boyao Li, Zhiyi Wei,and Jinghua Sun, “Applications of Microstructured Optical Fibers in Ultrafast Optics: A Review”, photonics 11,151(2024).
8) Boyao Li, Yaoyao Liang, Zhongye Xie, Xiaojie Zuo, and Jinghua Sun, “Multi-direction bending sensing based on spot pattern demodulation of dual-hole fiber”, Chinese Optics Letters 21(12), 122201(2023).
9) Yifan Zhang, Boyao Li, Tianrong Huang, Guiyao Zhou, and Yaoyao Liang, “Functionalized Chiral Twisted Optical Fibers: A Review”, photonics 10,1025(2023).
10) Qinghua Tang, Jiajian Ruan, Xiaojie Zuo, Zhongye Xie and Xiaoyong Chen, All-Fiber In-Line Twist Sensor Based on a Capillary Optical Fiber,photonics 10,1052(2023).
11) Zeng Xing Liu,and Hao Xiong，Ultra-slow spin waves propagation based on skyrmion breathing，New Journal of Physics 25，103052(2023).
12) Zeng Xing Liu, Jiao Peng, and Hao Xiong, Generation of magnonic frequency combs via a two-tone microwave drive, Physical Review A 107, 053708 (2023).
13) Dan Wei, L. Y. Wang, J. T. Ma, L. He, Y. Zhang, M. Xiao, and Y. Q. Li, Enhanced measurement of tiny rotational angles using conjugate orbital angular momentum modes, Opt. Express 31, 33842 (2023).
14) Boyao Li, Xingjie Wang, Yaoyao Liang, et al.Spatiotemporal vectorial solitons in nonlinear ultrafast dual-core fiber lasers[J].Optics & Laser Technology,161:109197(2023).
15) Zihua Zheng, Sijie Yang, Derryck T. Reid, Zhiyi Wei, Jinghua Sun, “Design of quasi-phase-matching nonlinear crystals based on quantum computing,” Frontiers in Physics, 1038240(2022).
16) Zeng Xing Liu and Yong Qing Li, Optomagnonic frequency combs, Photonic Research. 10, 2786 (2022).
17) Xiaoyong Chen, Wenwei Lin, Pin Xu, Lixin Chen, Wenwen Meng, Xuehao Hu, Hang Qu, Jinghua Sun, Yukun Cui, “fM-level detection of glucose using a grating based sensor enhanced with graphene oxide,” Journal of Lightwave Technology, 2022.
18) Boyao Li, Yaoyao Liang, Aoyan Zhang, Lu Peng,Jinghua Sun, Guiyao Zhou, “Twist-assisted high sensitivity chiral fiber sensor for Cd2+ concentration detection,” iScience, 25: 105245(2022).
19) Boyao Li, Yaoyao Liang, Zhongye Xie, Jinghua Sun, “High-performance multi-parameter fiber sensor by grating-enhanced Mach–Zehnder interference,” Optics Letters, 47(20), 5365(2022).
20) ZhongyeXie, YanTang, YuHe, JinghuaSun, JiamingLi, ZhichaoLuo, “Biaxial structured illumination microscopy with high measurement accuracy based on product processing,” Optics and Laser Technology, 153: 108251(2022).
21) Zhongye Xie, Yan Tang, Qinyuan Deng, Jinghua Sun, Yu He, Song Hu, “Single-exposure modulation-based structured illumination microscopy using spatial area phase-shift,” Optics and Laser Technology, 150:106855(2022).
22) XiaoYong Chen,Pin Xu,WenWei Lin,Jin Jiang,Hang Qu,XueHao Hu,JingHua Sun,and YuKun Cui,Label-free detection of breast cancer cells using a functionalized tilted fiber grating,Biomedical Optics Express 13(4),2118(2022).
23) Boyao Li, Jiexuan Gu, Guiyao Zhou, Jinghua Sun, “Novel Microstructured Optical Fiber Sensor Based on Multi-Beam Interference,” IEEE Photonics Technology Letters, 33(20), 1115(2021).
24) Jiantao Ma, Dan Wei（共同一作）, L. Wang, Y. Zhang, and M. Xiao, High-quality reconstruction of an optical image by an efficient Laguerre-Gaussian mode decomposition method, OSA Continuum 4, 1396 (2021)
25) Haoyu Wu, Zhaiqiong Zhang, Si Chen, Kexiong Sun, Jinghua Sun, Derryck T Reid, Zehuang Lu, Jie Zhang, “Development of a deep-ultraviolet pulse laser source operating at 234?nm for direct cooling of Al+ ion clocks,” Optics Express, 29(8), 11468(2021).
26) Xiaoyong Chen, Jie Jiang, Nan Zhang, Wenwei Lin, Pin Xu, Jinghua Sun, “Study on a plasmonic tilted fiber grating-based biosensor for calmodulin detection,” Biosensors, 11(6), 195(2021).
27) Zeng Xing Liu, Hao Xiong, Mu Ying Wu, and Yong Qin Li, Absorption of magnons in dispersively coupled hybrid quantum systems, Physical Review A 103, 063702 (2021).
28) Zeng Xing Liu and Hao Xiong, Magnon laser based on Brillouin light scattering, Optics Letters 45, 5452 (2020).
29) Zeng-Xing Liu, Cai You, Bao Wang, Huafeng Dong, Hao Xiong*, and Ying Wu, Nanoparticle-mediated chiral light chaos based on non-Hermitian mode coupling Nanoscale, 12, 2118-2125 (2020).
30) Dan Wei, Jiantao Ma, T. X. Wang, C. Xu, S. N. Zhu, M. Xiao, and Y. Zhang, Laguerre-Gaussian transform for rotating image processing, Opt. Express 28, 26898 (2020)
31) Yang yang, Yubin Gong, Kai Guo, Fei Shen, JingHua Sun,and Zhougyi Guo,Broad-Band Multiple OAMs’ Generation With Eight-Arm Archimedean Spiral Antenna (ASA),IEEE Access 8,53234(2020)
32) Zeng-Xing Liu, Hao Xiong*, and Ying Wu, Magnon blockade in a hybrid ferromagnet-superconductor quantum system. Physical Review B 100, 134421 (2019).
33) Zeng-Xing Liu*, Cai You, Bao Wang, Hao Xiong*, and Ying Wu, Phase-mediated magnon chaos-order transition in cavity optomagnonics. Optics Letters 44, 507-510 (2019).
34) Pablo Castro-Marin, Toby Mitchell, Jinghua Sun, and Derryck T. Reid, “Characterization of a carrier-envelope-offset-stabilized blue- and green-diolde-pumped Ti:sapphire frequency comb,” Optics Letters, 44(21), 5270-5273 (2019).
35) 孫敬華，孫克雄，林志芳，孫繼芬，晉路，徐永釗，“高功率高重復(fù)頻率飛秒摻鐿光纖激光頻率梳的研究（特邀）”，紅外與激光工程, 48（1）， 0103003 （2019）.
36) Zeng-Xing Liu, Bao Wang, Cui Kong, Hao Xiong*, and Ying Wu, Magnon-induced high-order sideband generation. Optics Letters 43, 3698-3701 (2018).
37) Zeng-Xing Liu, Bao Wang, Hao Xiong*, and Ying Wu, Magnetic-field-dependent slow light in strontium atom-cavity system. Applied Physics Letters 112, 111109 (2018).
38) Zeng-Xing Liu, Hao Xiong*, and Ying Wu, Generation and amplification of high-order sideband induced by two-level atoms in a hybrid optomechanical system. Physical Review A 97, 013801 (2018).
39) Richard A. McCracken, Jinghua Sun, Christopher G. Leburn, and Derryck T. Reid, “Broadband phase coherence between an ultrafast laser and an OPO using lock-to-zero CEO stabilization,” Optics Express 20, 16269 (2012)
40) Teresa I. Ferreiro, Jinghua Sun and Derryck T. Reid, "Frequency stability of femtosecond optical parametric oscillator frequency comb," Optics Express, 19(24), 24159 (2011).
41) D. T. Reid, J. Sun, T. P. Lamour, T. I. Ferreiro, “Advances in ultrafast optical parametric oscillators,” Laser Physics Letters 8(1), 8-15(2011)
42) Tobias P. Lamour, Jinghua Sun, Derryck T. Reid, "Wavelength stabilization of a synchronously pumped optical parametric oscillator: Optimizing proportional-integral control," Review of Scientific Instruments 81, 053101(2010).
43) Teresa I. Ferreiro, Jinghua Sun and Derryck T. Reid, "Locking the carrier-envelope-offset frequency of an optical parametric oscillator without f-2f self-referencing," Optics Letters, 35(10), 1668-1670 (2010).
44) Jinghua Sun, Derryck T. Reid, “Coherent ultrafast pulse synthesis between an optical parametric oscillator and a laser,” Optics Letters, Vol. 34, No. 6, 854-856 (2009).
45) Jing-Hua Sun , Barry J S Gale and Derryck T Reid, “Control of the carrier-envelope phase of a synchronously pumped femtosecond optical parametric oscillator,” Chinese Science Bulletin, 53(5), 642-651 (2008).
46) B. J. S. Gale, J. H. Sun, and D. T. Reid, “Towards versatile coherent pulse synthesis using femtosecond laser and optical parametric oscillators,” Optics Express, 16(3), 1616-1622 (2008).
47) Jinghua Sun, Barry J. S. Gale, Derryck T. Reid, “Testing the parametric energy conservation law in a femtosecond optical parametric oscillator,” Optics Express, 15(7), 4378-4384 (2007).
48) J. H. Sun, B. J. S. Gale, D. T. Reid, “Composite frequency comb spanning 0.4-2.4 mm from a phase-controlled femtosecond Ti:sapphire laser and synchronously pumped optical parametric oscillator, ” Optics Letters, 32(11), 1414-1416 (2007).
49) Jinghua Sun, Barry J. S. Gale, Derryck T. Reid, “Coherent synthesis using carrier-envelope phase controlled pulses from a dual-color femtosecond optical parametric oscillator,” Optics Letters, 32(11), 1396-1398 (2007).
50) Jinghua Sun, Barry J. S. Gale, Derryck T. Reid, “Dual-color operation of a femtosecond optical parametric oscillator exhibiting stable relative carrier-envelope phase-slip frequencies”, Optics Letters, 31(13), 2021-2023 (2006).
51) 孫敬華，章若冰，胡有方，“自啟動KLM鈦寶石激光器諧振腔的理論計(jì)算，”物理學(xué)報，51（6），1272~1278（2002）。
52) Jinghua Sun, Ruobing Zhang, Qingyue Wang, Lu Chai, et al., “High-average-power self-starting mode-locked Ti:sapphire laser with a broadband semiconductor saturable-absorber mirror.” Applied Optics, Vol. 40, No. 21, 3539~3541 (2001).
l 校友：
1）出站博士后：
2020屆：季澎
2021屆：田仁兵
2）已畢業(yè)研究生：
2021級：鄭子華、肖涵、回魯閩、紀(jì)丹寧（聯(lián)培）；
2020級：汪幸杰（聯(lián)培）、林鈺培（聯(lián)培）；
2019級：柏漢澤（聯(lián)培）；
2018級：彭康狄（聯(lián)培）；
2017級：鐘藝峰（聯(lián)培）、余劍偉（聯(lián)培）。
3）實(shí)習(xí)、交流學(xué)生：
吳鑫（湖南理工學(xué)院）、任熾明（廣東石油化工學(xué)院）、容駟駒（廣東工業(yè)大學(xué)）、張森（廣東工業(yè)大學(xué)）
