新南威尔士大学的Andrey E.Miroshnichenko教授团队采用具有天线状光场、强电磁场限制能力的可调谐、宽共振范围的金属纳米腔，以及具有高温度稳定性的过渡金属二硫化物(TMDC)二维薄层，成功构建了杂化等离子体超构材料腔，并深入探索了光与杂化等离子体超构材料腔之间的相互作用。该成果为新型光电器件、量子信息技术的发展奠定了基础。 光与物质之间的强耦合作为一种基本的量子光学现象，近年来也吸引了研究者们的广泛关注，其不仅具有重要的科学意义，并且对于新型纳米光子器件、高灵敏度传感器、单光子源等新型器件的研发具有重要意义。“等离子激元”是指局域在金属表面的一种由自由电子和光子相互作用形成的混合激发态，而“激子”则是半导体中电子和空穴由其间库仑相互作用而结合成的一个束缚态系统。具有高可调谐性、强电磁场限制能力的等离子体纳米腔，是实现等离子激元与激子强耦合的基础，要实现增强电磁场与物质之间的相互作用，就必须对金属腔体结构进行设计，在激子处于模式稳定的条件下，使等离子激元与激子之间的共振能量实现匹配，并且二者之间的能量交换速率大于衰减速率，才能实现增强等离子激元与激子之间的耦合强度。因此，发展具有高可调谐性、高集成性等优势的超构表面、超构光栅以及包含量子发射器的超构材料等金属腔体结构，对于量子信息技术等领域的发展非常重要。 近日，来自澳大利亚堪培拉新南威尔士大学的Andrey E.Miroshnichenko教授团队在Opto-Electronic Advances期刊发表了题为“Strong coupling and catenary field enhancement in the hybrid plasmonic metamaterial cavity and TMDC monolayers”的文章。该项研究采用具有天线状光场、强电磁场限制能力的可调谐、宽共振范围的金属纳米腔，以及具有高温度稳定性的过渡金属二硫化物(TMDC)二维薄层，成功构建了杂化等离子体超构材料腔，并深入探索了光与杂化等离子体超构材料腔之间的相互作用，包括等离子激元-激子强耦合、悬链线场增强效应等。通过改变空腔间隙的大小或厚度，可以对等离子激元的共振能量进行调节，进而与TMDC薄层中的激子实现强耦合。随着空腔间隙宽度、厚度的增大，悬链线场增强效应还将逐渐减弱，进而导致不同程度的Rabi分裂（室温下Au-MoSe2和Au-WSe2异质结构中的Rabi分裂能量介于77.86~320 meV之间）。因此还可以通过调谐悬链线场增强效应来控制等离子激元与激子之间的耦合强度。 图1左上：沿y轴偏振方向垂直入射的Au腔顶部MoSe2薄膜的示意图，右上：随Au厚度变化的吸收光谱测试结果；下：MoSe2薄膜中等离子体模式与激子之间的强耦合示意图 在未来，通过增强该腔体结构中的自发辐射几率及实现进一步的耦合强度控制，有望实现高纯度单光子源、高速纳米激光器、增强型传感器等新型器件的研发。该成果为新型光电器件、量子信息技术的发展奠定了基础。 查看详细>>

近日，在上海举行的3GPP RAN（无线接入网络）第104次会议上，3GPP R18标准宣布冻结。虽然R18仍在等待SA的最终复审，但冻结一事基本上没有悬念。R18是5G标准史上第4版演进标准，更为重要的是它被视作5G下半场5G-Advanced第一个正式的标准，对于，支持5G发展进入5G-A商用新阶段。 2021年12月，3GPP在R18标准中立项了近30个课题，其中包括多个物联网技术方向的课题。如今，R18冻结，相关的物联网方向课题也如期完成，为物联网产业界规划下一步产品和方案提供支持。同时，R18阶段也对一些新的方向进行前期讨论和预研，为R19以及后续的标准演进和制定打下基础。可以看出，构建一张网络支持各种类型物联终端接入能力是5G演进的一个显著趋势。 RedCap增强版标准，完善了5G对不同速率等级终端的支持 R18标准中，针对物联网最具代表性的进展是完成了RedCap的增强版本标准，即eRedCap，在R18所立项的课题是《Enhanced support of reduced capability NR devices》。在本次3GPP RAN第104次会议上，通过了该课题的多个方向，例如在RAN2就通过了以下文案并提交全会通过。 众所周知，RedCap的首个标准在R17已经冻结，面向中速率物联网终端接入场景，将NR的带宽从100MHz裁剪为20MHz，天线配置减少到1T1R或1T2R，引入半双工模式等优化，使其在Sub 6GHz频段范围内可支持约20Mbps-100Mbps的上下行理论峰值速率，与LTE Cat.4终端能力接近。 目前，RedCap已经成为5G物联网的重点领域，产业界高度重视其商用进展，中国市场发展尤其亮眼。去年10月份，工信部发布的《关于推进5G轻量化（RedCap）技术演进和应用创新发展的通知》，今年4月，工信部又发布了《关于开展2024年度5G轻量化（RedCap）贯通行动的通知》，对RedCap全面发展提供了政策保障。产业各方也积极响应，近日举行的RedCap产业峰会上，中国移动表示其RedCap商用网络已覆盖全国200多个城市超30万站，并宣布2024年底前在超过300个国内城市启动全球规模最大的5G-A商用部署；中国电信携手中国联通在浙江、贵州、广东、河南、上海5个省市现网环境下完成全球首个全频段、全制式、全场景5G RedCap商用验证，启动百城规模商用进程。 本次冻结的R18标准中，增强版的eRedCap则面向10Mbps中低速率物联应用，定义5MHz新终端，进一步降低终端成本，不少性能与LTE Cat.1和Cat.1 bis终端能力类似，为未来5G一张网络支持中低速物联提供便利。 此前，3GPP在R15-R17版本标准中，引入了针对NB-IoT和LTE-M的增强标准，让NB-IoT和LTE-M平滑演进到5G家族中，5G一张网络可以实现对NB-IoT和LTE-M的兼容。R17引入了RedCap后，使得5G能够实现大部分从低速到高速物联终端接入的支持，然而对于速率处于10Mbps级别的物联网终端，5G网络无法实现对其支持。本次R18冻结并引入eRedCap，实现了5G对低速到高速物联网终端接入的全覆盖。 不过，虽然eRedCap的标准已冻结，但其规模化应用尚需时日。RedCap商用分成三个不同的发展阶段，2026年前后第二阶段启动，这个阶段开始eRedCap有一定的应用，在蜂窝物联网中速领域占绝了一席之地，但其连接规模还是远远低于LTE Cat.1系列，对Cat.1不能形成压倒性优势；只有在第三阶段，即主管部门、运营商明确4G退网的时间节点时，eRedCap才能对4G物联网系列逐渐具备了压倒性优势，替代Cat.1加速，形成规模化应用态势。 同时，在R18立项的《Low-power Wake-up Signal and Receiver for NR》课题中，面向功耗敏感的物联应用，引入超低能耗唤醒接收机，大幅降低终端待机电流提升续航。另外，本次3GPP RAN第104次会议针对RedCap提出了一个新的课题，聚焦终端进一步节能的标准，即《NR power class 2RedCap(Reduced Capability)UE in FR1》。 IoT-NTN增强版标准，提升卫星直连物联网通信能力 2022年6月，3GPP R17版本标准冻结，其中一个备受关注的特性就是卫星通信。在这一版标准中，有两个工作组对NTN来进行标准化工作，一个是针对移动宽带的NTN标准，另一个是针对物联网用例的NTN标准，前一个采用5G NR框架来进行卫星通信，实现从地面到卫星的固定无线接入回传，并为智能手机直接提供低速率数据服务和语音服务；后一个侧重支持低复杂度LTE-M和NB-IoT等LPWAN终端卫星接入，扩大很多场景的网络覆盖范围，如全球资产追踪。 R18立项课题中，就包括了《IoT NTN enhancements》这一课题。在R17 NTN的基础上，为进一步解决中低轨卫星由于超高速移动导致的频繁切换难题，R18通过协同网络和终端的卫星通信等信息，实现终端无感知切换，有效避免了传统切换带来的频繁信令风暴和业务中断问题。 从3GPP RAN第104次会议的文档列表中可以看出，针对NB-IoT的标准研究均围绕卫星物联网的方向进行的。例如RAN4针对《RAN4 CRs to closed NB-IoT/eMTC core&performance requirements for NTN》通过了多个文档，铱星公司提出了针对NB-IoT NTN进一步增强的新提案，包括提升能效和使用新的频段等，希望在R19版本中完成冻结。 市场研究机构ABI Research和Juniper research等均预测到2030年5G NTN连接数超过1亿，而这超过1亿的连接中，物联网连接应该是占据大多数份额。相对于支持手机宽带数据和语音的NR-NTN，支持物联网的IoT-NTN似乎更快实现了落地商用，从器件到测试再到应用场景，业界都开始形成初步成果。 过去几年，卫星物联网赛道出现大量厂商，卫星物联网技术路线越来越多选择3GPP标准化路线，因为3GPP NTN标准化路线影响力越来越大，借助3GPP阵营成熟的产业生态，卫星物联网领域的成本会快速降低，有利于形成规模化，未来基于3GPP的IoT-NTN成为大部分卫星物联网运营厂商的选择。 无源物联网标准展望，面向千亿物联市场 此前，相关机构就在无线接入网技术组立项了名为“Study on Ambient IoT(Internet of Things)in RAN”的研究课题，随着R18阶段标准化的工作接近尾声，这一课题最终形成了编号为3GPP TR 38.848的技术报告，作为R18阶段无线接入技术组无源物联网的核心成果。 3GPP RAN第102次会议通过了一个无源物联网研究项目（SI）立项，预期在5G R19阶段版本中发布，该SI项目建立在R18阶段的研究课题之上。本次RAN第104次会议针对无源物联网展开讨论，对于无源物联网研究方向形成一些共识。这些讨论包括对无源物联网在R19阶段研究计划、无源物联网研究范围、无源物联网演进等，为未来R19中无源物联网研究奠定基础。 无源物联网作为R19中的SI课题，可能不会随着R19冻结形成可进行商用参考的技术规范。因此，基于蜂窝技术的无源物联网商用还需要一段较长的时间，未来在R19阶段的研究取得预期成果后，或许R20阶段会迎来无源物联网标准规范的问世，R20作为5G-A最后一个版本，届时无源物联网补齐了5G-A承诺的功能模块，赶上5G标准应用的“末班车”，实现3GPP阵营无源物联网的商用。 总结来看，RedCap增强、IoT-NTN增强以及无源物联网的探索，都在不断补齐和强化5G能够支持的各类物联网终端接入能力。除此之外，还有诸如定位能力优化、XR增强等技术方向都对物联网能力增强提供强力支撑。虽然本次R18并未完全实现各类连接技术的完善，但可以看出，5G标准演进的一个趋势是持续构建全场景物联，提升能力，让一张蜂窝网络能够支持更多类型物联连接。 查看详细>>

6月18日，2024长春国际光电博览会（以下简称光博会）以“光电引领共创未来”为主题在长春东北亚国际博览中心隆重开幕，中国科学院长春光机所在A1-H01展位亮相。上午11点18分，由长春光机所自主研发的通用光学设计分析系列软件——长光杂散辐射分析软件V1.0正式版举行了发布仪式。 中国工程院院士、长春光机所所长张学军亲自讲解了这款光学软件的核心功能和用途，多名领导和院士莅临展位指导交流。 长光杂散辐射分析软件是一款利用光线追迹方法来模拟光学系统杂散辐射的大型光学工程软件，具备三维实体光机建模、光源建模、表面属性建模、光线追迹、杂散辐射分析等核心功能，可用于航天、航空、安防、医疗、电子等领域高端光学系统的仿真分析。 该光学软件的研发团队由光学系统先进制造重点实验室（中国科学院）和长春光机所先进计算与数字工程研究中心两个部门的相关人员组成，团队规模40人左右，这是一支平均年龄仅有33岁的研究队伍。在研制过程中，团队克服重重困难，突破了光源发光属性、光学与机械元件散射属性的测量与表征技术、基于蒙特卡洛方法的光线追迹与分裂技术、杂光数据记录方案和路径分类方法等核心关键技术，完全掌握底层核心算法、拥有自主知识产权、核心技术指标优异，为实现我国光学软件自主化、为工业软件国产化贡献了一份力量。 查看详细>>

光纤激光器使用掺有稀土元素（铒、镱、钕等）的光纤作为其光学增益材料，在泵浦源的激励下发出高质量的光束，效率高且耐用，通常比其他类型激光器体积更小。尽管如此，对将光纤激光器微型化至芯片级别的需求日益增长。基于铒掺杂的光纤激光器片上微型化受到广泛关注，然而，窄线宽铒掺杂波导激光器面临的主要挑战是集成具有低背景噪声和长度足够长的有源波导，其长度范围通常从几十厘米到米级，以确保单频操作和提供足够的往返增益。 来自瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员开发了首个芯片集成的掺铒波导激光器，采用米级长的铒掺杂氮化硅波导，可以提供超过30 dB的净增益和超过100 mW的输出功率，其性能接近光纤激光器和最先进的半导体扩展腔激光器。相关研究成果发表于Nature Photonics上。 芯片级激光器 研究人员使用最先进的制造工艺开发了芯片级掺铒激光器，其结构包含一个掺铒光子集成电路和一个边缘耦合的III-V族半导体泵浦激光二极管。首先，他们基于超低损耗的氮化硅光子集成电路构建了米级长的芯片光学腔，其腔内基于微环的Vernier滤波器能够在掺铒增益带宽内实现单模激光。“由于集成了微环谐振器，即使在紧凑的芯片尺寸下，我们也能够将激光腔设计为米级长度”研究人员说道。 图1混合集成Vernier激光器的示意图 然后，研究人员在芯片中掺入了高浓度的铒离子，创建了激光所需的有源增益介质。最后，他们将光路与III-V族半导体泵浦激光器集成，以激发铒离子产生激光束。为了优化性能并实现精确的波长控制，研究人员设计了一种创新的腔内设计，采用基于微环的Vernier滤波器——一种可以选择特定光频率的光学滤波器。 功率、精度、稳定性和低噪声 为了表征铒掺杂波导激光器的性能，研究人员对激光器进行了光子封装，如图2所示。该激光器显示出超过70 dB的边模抑制比，超过了以往集成掺铒激光器和光纤激光器的表现。同时，这些滤波器允许激光器在宽波长范围内动态调谐，使其在各种应用中具有多功能性和可用性。该设计支持输出稳定的单模激光，具有50 GHz的极窄本征线宽。同时，确保了在光谱范围内的单频稳定输出，适用于高精度测量应用。 图2基于氮化硅光子集成电路的全封装的混合集成掺铒激光器 新激光器的输出功率已经超过10 mW，边模抑制比大于70 dB，性能优于许多传统系统。它还具有窄线宽，这意味着其发出的光“非常纯净和稳定”，研究人员表示，这对于传感、陀螺仪、激光雷达和光频率计量等相干应用至关重要。 基于微环的Vernier滤波器使激光器在C波段和L波段内实现40 nm的宽波长可调性，在调谐和低光谱伪影指标上均超越了传统光纤激光器。同时，该铒掺杂波导激光器兼容当前的半导体制造工艺，具有结合光纤激光器相干性和集成光子学低尺寸、功耗和成本的潜力。这类激光器可应用在如相干传感的现有技术上，同时也为需要高产量的新兴应用提供了潜在性解决方案，例如相干激光雷达、光子雷达和相干光通信。 查看详细>>