2014年区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室年度报告

 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室
2014年年度总结报告                                                

 

一、研究水平与贡献  

科研项目情况  

2014年度实验室承担和参加省部级以上科研项目149项，其中国家科技支撑计划3项，重大专项2项（含子课题）；973计划项目（含子课题）15项；863计划22项；国家自然科学基金55项，其中杰青项目4项，优青项目2项,创新群体1项(参与),基金重大仪器专项2项，基金重点项目1项；国家其他省部委（包括教育部、工信部、总装备部等）项目52项。本年度到账经费为6423.45万元。  

2014年度实验室承担横向课题32项，本年度到账经费为941.4万元。  

2014年度实验室承担国际合作项目11项，本年度到账经费为471万元。  

专著、文章、专利情况  

2014年实验室出版外文专著3部，中文专著5部；发表学术期刊论文200篇。其中，SCI收录论文195篇；在Nature Photonics上发表1篇， Phys. Rev. Lett. 上发表2篇，在Optics Letters、Optics Express、Journal of Lightwave Technology、IEEE Photonics Technology Letters等一流光通信国际期刊上发表论文59篇。  

在国际学术会议上发表论文124篇，其中特邀报告60篇。  

2014年实验室获得授权的发明专利22项。 其中，国外发明专利2项，国内发明专利20项。实用新型专利1项。  

自主研究课题情况  

    2014年实验室新设立自主研究课题22项，其中团队重点课题5项，自由探索课题7项，人才培育课题10项。 

本年度自主课题结题18项，其中，获评优秀项目7项。  

1.2014年度实验室新增代表性科研项目  

 

 

类型：指计划名称，如：973计划，863计划，国家科技重大专项、科技支撑计划、国家自然科学基金、国际合作项目、公益性行业科研专项等。类别：主要负责、参与。    

 

2.研究工作水平  

（1）代表性研究工作进展  

 

序       号	成果       名称	完成人	刊物、出版社或授权单位名称	年、卷、期、页或专利号	类型	类别	研究       方向
1	Seven-bit reconfigure- able optical true time delay line based on silicon integration	Jingya Xie, Linjie Zhou,* Zuxiang Li, Jinting Wang, and Jianping Chen	Optics Express	Vol. 22, No. 19,pp. 22707-22715,2014	论文	独立完成	光电子
2	Plasmonic lattice solitons beyond the coupled-mode theory	Y. Xue, F. Ye, D. Mihalache, N. C. Panoiu,X. Chen	Laser Photonics Reviewers	Vol. 8, L52-L57, 2014（IF=9.313）	论文	独立完成	光电子
3	Distribution of high-stability 100.04 GHz millimeter wave signal over 60 km optical fiberwith fast phase-error-correcting capability	Dongning Sun, Yi Dong , Hongxiao Shi, Zongyang Xia, Weiyi Liu, Siwei Wang, Weilin Xie, Weisheng Hu	Optics Letters	Vol. 39, No. 10, pp. 2849-2852, 2014	论文	独立完成	光传输
4	Terabit Nyquist PDM-32QAM signal trans- mission with training sequence based time domain channel estimation	Fan Zhang, Dan Wang, Rui Ding, and Zhangyuan Chen	Optics Express	Vol. 22, No. 19, pp. 23415- 23426, 2014	论文	独立完成	光传输
5	Walmsley, quantum teleportation on a photonic chip	Benjamin J. Metcalf, Justin B. Spring, Peter C. Humphreys, Nicholas Thomas-Peter, Marco Barbieri,  W. Steven Kolthammer, Xian-Min Jin, Nathan K. Langford	Nature Photonics	No. 8, pp. 770-774, 2014	论文	非第一完成人（非独立完成）	光传感与信号处理
6	Metal-free flat lens using negative refrac- tion by nonlinear four-wave mixing	万文杰	Physical Review Letters	Vol. 113,p. 217401, 2014	论文	独立完成	光传感与信号处理
7	Stability and delay analysis of EPON registration protocol	崔清培、叶通、 李东、郭薇、 胡卫生	IEEE Trans. on Comm- unications	Vol. 62, No. 7, pp. 2478-2493, 2014	论文	独立完成	光网络
8	AWG-based non- blocking Clos networks	叶通、李东、 胡卫生	IEEE Trans. on Net- working	To appear	论文	独立完成	光网络

 

实验室四个研究方向代表性研究工作进展情况    

光电子方向：    

成果1：硅基光子集成与光电子器件  

2014年度，实验室针对光通信系统及光信息处理片上集成所需的光子及光电子功能器件展开了深入研究，在基础理论、硅基调制器、硅基光延迟器、微环滤波器、模拟运算器、功分器、波导模式转换器等关键功能器件的研究中取得了多项成果。主要包括：  

（1）基础理论研究  

实验室对硅基光子晶体器件中的光束缚（bound state in continuum, BIC）现象展开了研究工作。利用偶然对称性下的光场干涉相消机制解释了国际上最近发现的非Gamma点光束缚现象，并且预测了新的光束缚态的存在。该项工作首次对光子晶体中可调光束缚态的成因和特性提出了解析的理论解释和分析研究手段，在光缓冲、光逻辑、光信号处理和量子信息调控等方向的研究中具有巨大应用潜力。相关工作发表在《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 113, 037401 (2014)】上。  

进一步展开了硅基高对比（high index-contrast）导模共振效应研究，提出了TM模式的光场解析理论模型，为进一步实现光偏振、相位和空间分布的精确控制的光电子器件奠定了基础，相关工作发表在【Optics Letters Vol. 39, No. 8, 2463-2466】上。对一维情形中的有限包络效应等相关工作，在2014年CLEO会议上进行了汇报【CLEO JTh2A  (2014) 】。该项工作对于实现复杂光束控制，包括光轨道角动量（orbital angular momentum, OAM）调制和光相控阵技术（optical phased array, OPA）具有重要意义。  

开展了光子间接带间跃迁现象研究，研究发现了通过不同的调制设计可以激发两条末态具有相位差的独立的非互易跃迁通道。成果提供了一种产生非互易相位差的新方法，为在集成光路中实现光隔离器提供了一个非磁光线性方案，可望用于大规模芯片级光电集成中。  

（2）可编程硅基光延迟芯片研究  

提出并实现了一种由8级2´2光开关和光延迟波导组成的可编程光延迟芯片。能实现7比特共128种不同延迟，步长为10ps，调节范围达到0-1.27ns。芯片尺寸仅为7.4×1.6 mm²。为了克服光开关有限消光比造成的信号串扰，在每一段波导延迟线上，均集成了由p-i-n结构组成的可调光衰减器。当加上正向偏压时，由于所注入的大量自由载流子引起的吸收，而引入较大的光传输损耗，实现衰减功能。进行了25Gb/s信号传输实验， 0延迟时的功率代价仅为0.17 dB；最大延迟1.27ns时，功率代价也仅仅增加至0.77 dB。成果发表在Optics Express（22(19):22707-22715, 2014）上，被Nature Photonics(Vol. 8, Nov. 2014)作为Research Highlight报道。  

（3）硅基光调制器线性化研究  

针对传统硅基调制器线性度较差，难以用于线性度要求较高的强度调制中。通过优化硅基调制器的PN结结构、行波电极结构、驱动方式以及直流工作点等获得了线性度较好的器件，基于该器件进行了Nyquist 6.25Gbaud 16、32和64-QAM强度调制，实验结果表明：经过线性化的硅基调制器，可以满足强度调制直接检测系统的要求。硅基调制器方便集成，与CMOS兼容，尺寸小，功耗低的优点使其可以用于解决大容量短距离低成本光互连的问题。成果发表在Optics Express,22(16), 19818-19823, (2014)。  

（4）微环谐振腔研究  

微环谐振腔用途广泛，可用于调制、滤波、复用、波长转换等功能。针对微环谐振腔制作中连接电阻大、附加损耗大，导致调制带宽受限的问题。提出单模半微盘谐振腔方法，利用回音壁传输模式，在大范围的脊型硅电学连接下，仍能保持单横模工作，不仅有效降低了连接电阻和附加损耗，而且腔损耗也可控制在较低的程度。实验测试表明，大范围的电学连接将垂直PN结调制器的电阻由之前工作的300-600Ω降低到50Ω，预计器件调制速率可由12.5Gbps左右提升到40Gbps以上。本成果提高了基于微环谐振腔的有源器件的性能，对光互连的大规模集成有重大意义，发表在Opt. Lett. 39(13), 3810-3813, (2014)。  

针对微环谐振腔温度十分敏感这一亟待解决的重大科学问题，提出了双环热稳定理论，利用双环互耦合产生的谐振谱分裂来补偿温度变化引起的微环谐振波长漂移。基于这一理论的双环谐振腔可以在30℃的温度变化范围内将谐振波长的漂移量从80pm/℃降低至5pm/℃，该成果有望在片上集成滤波器中取得重要应用，发表在Photo.Res., 2(2), 71-74, (2014)。  

（5）任意分束比硅基光功分器研究  

基于多模干涉（MMI）的光功率分束器具有尺寸小、工艺容差大、工作带宽宽、插入损耗低等优点而得到广泛的研究与应用。传统MMI分束器仅能实现几组特定的光功率分束比(100%:0%, 85%:15%, 72%:28%, 50%:50%), 然而在诸多集成光电子系统中需要任意比例的光功率分束器。国际上已经报道的解决方案都是在传统MMI的基础上，以特定方式组合多个MMI分束器来实现任意光功率分束比，结构复杂、尺寸大。实验室提出在MMI分束器的多模干涉区域移除一块区域来破坏其结构的对称性，非对称结构将导致非对称的多模干涉，从而突破传统MMI自镜像原理对输出光功率分束比的限制，实现任意比例的光功率分束比，这一设计将任意分束比MMI光功率分束器的尺寸从目前已有报道的几百微米量级减小到3微米，减小了100倍，同时保持了MMI光功率分束器的其它所有优点。成果发表在Opt. Lett. 39, 5590 (2014)。  

（6）硅基模式转换器研究  

沟道波导与条形波导都是集成光电子系统中常用的波导结构，但二者传播的光场分布差异显著，使得光场在两种波导之间耦合损耗很大。国际上已报道了两类波导模式转换器，用于两种波导之间的高效率耦合，但这些模式转换器都是基于尖锐的楔形结构来工作的，在标准的CMOS工艺中加工难度大，工艺容差小，不具有实用价值。实验室充分利用了多模干涉结构二阶镜像点光场分布与沟道波导光场分布的相似性，引入多模干涉结构来实现沟道波导与条形波导之间的模式转换。这一新颖的设计将波导模式转换器的研究推进到了可大规模批量生产应用的水平，实现了多项领先于国际水平的性能指标：1）沟道波导与条形波导的模式转换效率高达97%(-0.13dB)；2)器件尺寸仅1.24μm×6μm，相比于国际上已有报道的其他方案减小了30%以上；3）器件具有波长不敏感特性，展示了130nm范围内的测量结果，这是目前实测工作带宽最宽的波导模式转换器；4）器件在尺寸变化±60nm范围内，模式转换效率变化量不超过2%，这是目前已有报道的工艺容差范围最大的波导模式转换器；5）器件设计中没有尖锐的楔形结构，可以通过CMOS光刻工艺批量生产应用。成果发表Opt. Lett. 39, 5665 (2014)。  

（7）硅基模拟运算器研究  

面向未来超高速模拟计算的需求，提出了利用硅基光器件求解线性时不变通用形式微分方程。器件具有面积小（~60 μm × 120 μm）、低功耗、全光处理的优点。第一次演示了基于硅基器件的通用（非简化）微分方程求解，而且方程中各项系数可调节。成果发表在Optics Express,vol. 22, no. 21, 2014。  

成果2：非线性光子与光电子器件    

演示了基于PDMS表面褶皱的光流体随机激光器。通过氧等离子体处理使得PDMS表面形成纳米级别的表面褶皱，并且利用该表面无序褶皱引起的散射增强效应实现光放大。制备和操作上的方便性使得这种基于PDMS表面褶皱的光流体随机激光器有希望成为芯片实验室系统和集成微流体网络系统中的重要功能元件。该成果发表在Applied Physics Letters 105, 021106 (2014)。  

实现纳米尺度空间上光信号的控制，对光电器件的微型化和集成化具有重要的意义。实验室通过第一性原理的计算，严格证明了在具有非线性光学响应的等离子体波导阵列中存在的一类局域在亚波长尺度空间的导模，其特性和传输方向可以通过光功率控制。该成果发表在Laser Photonics Reviewers, 8, L52-L57(2014)（期刊IF=9.313）。  

在亚波长结构金属异常光传输、高频信号超光速和拉曼锁模光纤激光器方面取得了三方面进展：系统研究了自相似分形结构金属中的异常光传输现象，观察到双带异常传输现象，证实了这种结构具有入射和出射角不变性；在半导体光放大器中利用交叉增益调制实现了10GBit/s的高速真实光信号的超光速传输，证实了超光速传输具有真实通信的可行性；首次利用非线性偏振旋转实现了被动锁模拉曼光纤激光器，单脉冲能量达到创纪录的290.7 nJ。  

对光电混合振荡器（OEO）的宽调谐、低相噪、高稳频的射频信号产生进行了深入的理论分析和实验探索。完成了3.39-57.5GHz的纪录性基频宽调谐OEO实验，是目前国际上所实现的最宽调谐范围的基频OEO。提出了基于布里渊散射效应的宽调谐双环OEO，实现了DC-60GHz宽调谐的射频信号产生，其单边带相位噪声优于-100dBc/Hz@10kHz。提出了基于宽谱光源的单通微波光子滤波器和再循环延迟线的宽调谐双环OEO，实现了10.23-26.69GHz宽调谐的微波信号产生。单边带相位噪声优于-100dBc/Hz@10kHz。成果在CLEO2014、ECOC2014和ACP2014等国际会议上发表。  

在低相噪、高重复频率的光频梳产生方面，将传统光电混合振荡器与光梳调制器相融合，改善光频梳的噪声性能，产生的25GHz光频梳是目前基于OEO所实现的最宽带光频梳，成果可用于极低相位噪声太赫兹波信号的产生和极低时间抖动高重复频率光学短脉冲的产生。该研究成果受到国内外同行的广泛关注，论文发表在Opt. Lett. 39(4), 785-788 (2014)，当月OSA系统中Opt. Lett.论文下载量排名第二。  

在金膜覆盖的二维胶体晶体中，率先发现了异常强烈的光电转换效应，为基于胶体晶体的高灵敏光电探测器件的发展奠定了基础；在过渡金属掺杂的ZnO结构中获得了光控电阻开关效应；在单壁碳纳米管调制的MOS结构中，获得了增强的光电效应。研究成果分别发表在Applied Physics Letters, Vol.104, No.11, 111110 (2014)、Journal of Applied Physics, Vol.116, No.12, 123102 (2014)、Journal of Applied Physics, Vol.115, No.3, 033105 (2014)、Optics Express, Vol.22, No.10, 11627-11632 (2014)以及Optics Express, Vol.22, No.2, 1661-1666 (2014)上。  

在金属表面等离子波光栅分波器方面，利用周期性波导理论研究了表面等离子波的金属光栅分波器理论特性，研究表明：表面等离子传播常数的实部在一个依赖于光栅参数的波长范围内为负值，当传播常数实部为负时，表面等离子的传输被禁止。利用一个左右两部分的周期和占空比不同的金属光栅结构实现了波长分离功能。采用FDTD软件模拟表面等离子体金属光栅分波器的分波结果与理论分析符合的很好。采用电子束曝光和等离子体刻蚀技术加工了金属表面等离子波光栅分波器，借助显微镜和CCD成像系统观测到了532纳米和650纳米的入射波长分离。  

研究了基于对称金属包覆介质波导的表面等离子波（SPPs）波长分波器，波导转移矩阵理论分析表明，在多重齿型波导结构中存在等离子带隙，通过调节波导中齿和间隙的宽度，SPPs分波器的工作波长能够很容易得到调整。根据时域有限差分法（FDTD）模拟结果，证实这种波长分波器的分波功能，756nm和892nm的入射波长被分开并传向波导的两个相反方向，消光比分别为30dB和29dB。  

光网络方向    

成果1：宽带光接入网络    

在光纤移动融合宽带接入网研究方面：随着网络终端的数量将超越人的数量，网络终端表现出多样性和移动性，各种网络终端的接入的带宽和灵活性成为瓶颈。针对该问题，提出光波和微波双重云化的新型宽带接入网架构（C2-RAN），为泛在宽带提供了一种更有效的方法。从信道传输理论和香农理论分析了该分案的合理性，为移动通信有线化和光纤接入移动化奠定了理论基础。  

在高性能同轴电缆接入技术方面：针对接入网速度正在以年复合增长率50%的速度不断增长（Nielsen定律），到2018年，人们对于带宽的需求将达到1Gb/s这一现实需求，实验室研发了第二代高性能同轴电缆接入技术（HINOC 2.0）。该技术可以在128MHz的带宽内提供最高1Gb/s的以太网接入。2014年3月和5月，所研发的FPGA原型样机平台分别在中国国际广播电视信息网络展览会（CCBN）和深圳文化博览会上展出。该款FPGA样机平台由数字基带部分、数模混合电路、射频电路和千兆以太网板组成。其中数字基带部分符合2013年3月有本课题联合广电科技部门、设备商、运营商等联合发布的HINOC2.0技术框架草案，全部为实验室的研究团队开发，可在128MHz的射频带宽内支持4096QAM调制。在演示环境中，展示1v2的测试环境，两个终端（HM）分别传输4K高清电视和500Mb/s以太网流量，成功演示了1Gb/s的业务传输。该款HINOC2.0 FPGA原型样机平台的成功展示获取了新闻出版广电总局科技司领导和产业界同仁等多方称赞，并一致认为达到国际先进水平，获得了很好反响。  

针对超密集通道的光接入网的应用需求，设计了一种带宽可在10MHz到3GHz之间以10MHz为分辨率调谐的矩形因子为1.056的可调矩形光滤波器，为超密集通道的光接入网提供了有效手段。本工作处于本领域的领先水平，受到业界的高度关注，3篇相关成果论文入选IEEE下一代光接入网标准组织的参考文献（共列出了11篇参考文献），在发表于OSN2014光接入网综述论文中列出的11个代表性的实验结果中，本工作6个结果入选。  

首次提出了模分复用无源光网络概念，作为一种新的维度，它可以与时分复用、波分复用等混合组建更大规模的网络。演示了首个两LP模式模分复用无源光网络，相关工作已被OFC 2015接受。演示了首个模分-时分无源光网络，成果获ACP录取为 Postdeadline论文（paper AF4B.7），获得广泛关注。  

通过建立马尔科夫模型，分析并获得了面向FTTH应用到EPON注册协议的稳定性条件和延迟特性。审稿人一致认为该论文为下一代接入网的标准化提供了有益的参考。此论文已经发表在国际通信类顶级期刊IEEE Trans. on Communications。  

成果2：超密集通道光网络    

提出一种全新的基于AWG的波分复用无阻塞交换结构。首次揭示了AWG交换结构中波长与空间两个维度之间的相互关系，将Clos网络空间维度的模块化理论扩展到空间和波长两个维度，发展出了一套二维交换结构的模块化方法。该论文已经被国际通信类顶级期刊IEEE Trans. on Networking录用。  

提出了基于超宽带光梳的光超级信道可变带宽收发技术，采用一对光梳，即可产生超过174个可用于16QAM调制的光载波，载波频率间隔12.5GHz，构建的光超级信道总比特速率达到17.4Tb/s。进一步提出了以光超级信道的子波带为基本交换单位的交换节点结构，并实验验证了子波带间隔12.5GHz的交换节点功能的验证，包括ROADM上下路、汇聚和交换、波长变换(偏振复用超级信道)、组播、多子波带同时变换和功率均衡可行性，搭建了16X16交换节点，实验演示了0.278PB/s的基于光超级信道的单节点交换容量。基于有关成果，实验是在光通信最有影响力的国际会议OFC 2014上一举发表论文5篇(4篇Oral论文)，并获得多次国际会议特邀报告。  

光传输方向    

成果1：毫米波信号的光纤稳相传输    

基于原创性提出的双外差混频式毫米波光子相位误差检测和光频调谐毫米波光子相位控制方法，在稳相传输的频率、距离以及环境扰动容纳能力上取得重要突破，实现了100GHz/60km室内光纤和1THz/40km电信光缆的稳相传输，传输后的频率稳定性分别达到1.6´10^-16@1000秒平均和1´10^-15@1000秒平均。该结果较大幅度超过了国外报道的最高水平（80GHz、12公里）。相关成果发表SCI论文5篇（其中3篇为本领域代表刊物Optics Letters，影响因子3.179）、国际会议论文2篇（其中1篇为ACP2014 Post-deadline论文），申请专利2项。  

成果2：模拟相干光接收    

相干空间激光通信在继微波通信之后的新一代空间通信技术。模拟相干光接收是其面临的主要难题。针对该问题，实验室提出基于相位控制光振荡器和数字乘法器的科斯塔斯光锁相方法，实现了接收灵敏度达到-42dBm@BER=1´10^-9、频率跟踪范围可达±5GHz的5Gb/s相干光接收。成果发表于ACP2014。    

成果3：高谱效率光传输    

本年度完成了三类高谱效率传输系统实验：（1）高阶（32QAM、64QAM和128QAM）单载波Nyquist超级信道相干光传输实验；（2）基于空间光复用的16QAM相干光传输；（3）基于硅基强度调制器的16QAM直接检测实验系统。分述如下：  

（1）1.02Tb/s Nyquist-32QAM偏振复用超级信道1428km传输实验  

提出一种可用于相干光通信系统的信道估计时域结构，采用基于训练序列的均衡器，对任意QAM格式透明。实现了1.02Tb/s偏振复用32QAM Nyquist波分复用超级通道传输系统，谱效率达到7.46b/s/Hz。在EDFA放大的标准单模光纤上传输1190km后，平均误码率低于20%硬判决前向纠错码的阈值1.5´10⁻²，是已知同类系统国际上最大传输距离。对于超级光信道中每个光子载波上的信号采用数字信号处理技术（数字反传）补偿非线性后，传输距离扩展到1428km。成果发表在Optics Express, 22, 23415-23426 (2014)上。  

（2）基于亚MHz线宽激光器的1.25Tb/s Nyquist-64QAM传输实验  

提出一种导频辅助相位恢复方案，用于高阶QAM调制相干光通信系统中的相位噪声抑制。基于此方法，在国际上首次采用0.8MHz激光器实现了相干Tb/s级偏振复用64QAM信号长距离传输。通常在相干光通信系统中都需要采用窄线宽（100kHz量级及以下）激光器作为光源，成本高昂。1.25Tb/s PDM-64QAM Nyquist超级通道信号在EDFA放大的标准单模光纤上传输了400km,谱效率达到9.13b/s/Hz，线宽-符号周期积达到了10^-4,这是基于数字信号处理相位恢复的64QAM相干接收实现的线宽-符号周期积新纪录。该工作意味着可以采用常规的亚MHz DFB激光器作为相干光通信系统的光源，能够大大降低相干光通信系统的成本，具有很好的应用价值。  

（3）高谱效率Nyquist-128QAM传输实验  

进一步实现了Nyquist-128QAM PDM系统，在EDFA放大的标准单模光纤上传输了155km，各个信道的误码率均低于20%软判决FEC门限。系统由8个激光器组成，激光器间隔为6.25GHz，承载5.8Gbaud的Nyquist-128QAM信号，总的系统速率为515 Gb/s，频谱效率为10.31 b/s/Hz。这项工作发表在OECC2014上。  

（4）轨道角动量（OAM）空间光传输实验  

实现了轨道角动量（OAM）复用的空间光传输系统。发射端共3个激光器，间隔为6.25GHz，调制上5.8Gbaud的Nyquist-128QAM信号。经过OAM三种模式复用（l=-4,-10,-16），并空间传输1m后，EDFA放大，并相干接收。总的系统速率为208.8 Gbit/s，频谱效率为11.136 b/s/Hz。在单信道背靠背、三信道背靠背、以及三信道OAM复用这三种情况下，分别测试OSNR-BER曲线。WDM复用产生的代价为0.02dB，OAM复用的代价约为2dB。各通道误码率均低于7%FEC门限。平均误码率为9.5×10^-5。相关工作发表在ACP2015（ACP 2014, Paper AF3D.1）上。  

（5）基于自行研制的硅基调制器的100Gb/s Nyquist-16QAM直接检测传输系统  

基于自行研制的硅基调制器，实现了100Gb/s Nyquist-16QAM直接检测系统。发端使用数字上变频技术，将基带的3Gbuad的Nyquist-16QAM信号，数字上变频到3GHz，变为强度信息。然后通过硅基强度调制器，将电信号调制到光上。发端共10个光载波，间隔为15GHz。经过160km标准单模光纤传输，接收端使用光滤波器，滤除一个边带，然后使用PD进行直接检测，EA电放大，采样，然后离线处理。总的信号速率为100Gb/s。背靠背情况下，误码率在3.8×10-3时，单信道所需OSNR为28.1 dB，多信道所需OSNR为28.9dB。在入纤光功率为13dBm时，系统性能最佳。经过160km传输后的各信道误码率平均为3.6×10^-3，各信道误码率均低于7%FEC门限。相关工作发表在ECOC 2014上（Paper Mo.3.4.3）。  

 

光传感与信号处理方向    

成果1：分布式光纤传感    

实验研究了高空间分辨率光频域反射OFDR技术和高灵敏度光纤传感技术，采用改进的全光信号处理结构，包括泵浦调制参量放大的四波混频和RFS调制结构，实现了22倍幅提高的OFDR空间分辨率、57倍幅放大的宽带激光扫频和14倍幅提高的FBG传感灵敏度。相关结果在OFC2014、OFS2014、OECC2014和ACP2014等国际会议上发表，累计达到10篇。实验研究了超高精度光纤传感器技术，实现了精度高于10^-3K的超高温度测量；提出了一种数字增强的光频域反射仪技术，在56km距离上实现空间分辨率1m；开发了针对高压强电场测量的光纤电场测量技术，相关结果在OFC2014和ACP2014等国际学术会议发表。  

成果2：光量子信息处理    

在宽带光存储和光子集成量子芯片两方面展开研究，通过广泛开展国际合作，取得了有重要意义的进展：  

用装载原子气体的空心光纤代替传统的原子蒸气池作为工作介质，成功实现了单光子级别的宽带光存储[Nature Photonics 8, 287–291 (2014)]。这种光存储装置具有非常迷人的优势，例如，可在室温下运行、高效率和可以进行大规模集成等，这项工作标志着向实现可集成化的量子信息存储器件迈出了重要的一步，同刊配发了采访文章[Nature Photonics 8, 340 (2014)]。  

成功实现了首个芯片上的量子隐形传态，隐形传态是量子计算中信息传输的基本方式，因此它的芯片化实现对在芯片上开展大规模量子计算研究具有重要意义[Nature Photonics, 8, 770-774 (2014)]. 研究了相位移动和相位扩散幅度两个不对易物理量的同时的精度达量子极限的测量，这是首次开展多参数估计研究[Nature Communications 5, 3532 (2014)]。实验观察到量子态内Fock层级间的相干现象，相关技术可以成为研究连续和离散变量共生现象的关键工具[Nature Communications, 5, 5584 (2014)]。  

设计并分析了基于微纳谐振腔的连续变量多组份量子纠缠源制备方案，并设计了两种基于多组份纠缠态的量子信息处理方案、量子秘密共享方案以及量子密集编码网络通信方案。研究结果发表在Quantum Information Processing (13: 1085-1102 （2014），13:2437-2450(2014))。  

成果3：非线性成像与存储  

研究了非线性成像，实验上证明了当泵浦光垂直入射到平面玻璃上时，产生的四波混频光与信号光是负折射的关系。研究了由相位匹配决定的非线性折射定律，测量了出射光的效率、偏振与入射光强的关系等参数。并且利用这种非线性负折射现象实现了非共轴和共轴的成像（Physics Review Letters 113, 217401 (2014)）。  

基于偏振全息两次曝光方法开展了偏振控制的图像存储研究。采用两束正交532 nm圆偏光的两次叠加，利用偶氮液晶聚合物记录介质，在同一体积内存储了两幅图像。实验结果表明，记录的偏振全息光栅具有高的衍射效率和偏振选择特性；衍射再现图像的亮度和偏振状态依赖于入射光波的偏振态，相关研究成果发表于Applied Optics, 53, 34, 2014。  

成果4：光纤陀螺    

研制了测斜用全光纤陀螺。利用光纤陀螺敏感地球自转角速度，加速度计敏感地球重力加速度，测量井眼的方位角，井斜角与工具面角。光纤陀螺方位测井仪，不受磁场影响，全固态结构，具有体积小、使用寿命长、抗冲击抗振动的显著优点，而且通过对方位角的连续测量可以得到平滑的井眼轨迹。实验室项目组研发的测斜用全光纤陀螺，可有效改善测井精度。该成果申请多项专利，包括美国专利US 8,422,021和US 8,514,401，以及三个中国专利。该产品于2014年4月参加第42届日内瓦国际发明展，并获金奖。  

在新型双偏振双端口陀螺研究方面，提出了一种与传统偏振保持不同的偏振非互异性抑制方案，即利用两个非相干偏振态误差极性相反的特性实现光学补偿，提出了一种“双偏振双端口干涉式光纤陀螺”【Photonics Journal, IEEE, 1, 1943-0655 (2014)】。在光学补偿下，传统非互易端可成为可用信号【Opt. Express, 5, 4908-4919 (2014)】，甚至可以实现单耦合器IFOG光路，从而大大简化结构复杂度【Opt. Lett 8, 2463-2466 (2014)】。实验证明该结构具有更好的温度稳定特性【Photonics Journal, IEEE, 5, 720060  (2014)】，从理论和实验上证明了低成本、高性能光纤陀螺实现的可能性。实验室进一步对陀螺仪工程原型相关工程技术展开研究，提出了多频率解调和去相干分析的信号处理噪声抑制算法【Opt. Express, 2, 1608-1618 (2014), Applied Optics 28, 6853 (2014)】，并开展了相关硬件电路和软件模块研制工作，研究了这种光纤陀螺的封装机械结构和工艺。目前光纤陀螺原型已接近完成，即将进行系统测试。  

 

（2）  标志性成果  

连续区光束缚态研究领域取得重要进展    

实验室在关于光连续区束缚态（bound state in continuum, BIC）的理论研究方面取得重要进展，研究成果发表2014年《物理评论快报》【Phys. Rev. Lett. 113, 037401 (2014)】。该项研究工作得到了国家重点基础研究发展规划（“973计划”）、国家自然科学基金和国家重点实验室自主课题的支持。  

如何在微小尺度实现光场束缚是光电子领域一个广为关注的问题，是构造光缓存、光逻辑和光量子信息关键器件的前提和基础。传统上，一般通过光学或表面等离基元的微腔来完全禁止光逃逸，进而实现光束缚。然而研究发现，即使在允许光逃逸的情况下仍然可能实现光束缚，即所谓连续区束缚态。  

最近，有关光子系统中连续区束缚态的理论和实验工作相继被报道。这些工作都要求光子系统具有一定的对称性，利用对称性导致的相消干涉抑制光场的逃逸。最近，麻省理工学院研究组在某些看似非常平凡的波矢处观察到了光束缚态现象，并在《自然》上报道了这一发现。这些波矢似乎并不要求满足对称性条件，甚至可以通过控制某些参数实现束缚态的连续可调。这一现象的内在物理机制亟需理论解释。  

在前期光子晶体导模共振效应相关研究的基础上，实验室深入分析了光子系统中的光场作用机制和耦合过程，提出解析模型，发现这种连续可调的光束缚效应是由一种偶然对称性（accidental symmetry）导致的。由于这种对称性，逃逸光场产生了带权重（weighted）的干涉相消效应，从而实现光束缚。干涉效应的权重可以被多种物理参数调控，从而产生连续可调的光束缚态。该解析模型结果与麻省理工学院报道的实验结果完全吻合。而且，基于类似的对称性，理论上预言了另一个连续区束缚态的存在，并用数值计算进行了验证。该工作澄清了可调光连续区束缚态现象的内在物理机制，为实现精确的光束缚操控和设计奠定了基础；此外，所得模型也为硅基光子器件中实现连续可调的光束缚提供了一种简洁的分析研究手段，在光缓冲、光逻辑、光信号处理和量子信息调控等方向的研究中具有巨大应用潜力。  

微波信号的大区域光纤稳相分配取得重要进展    

实验室继续深入研究面向多天线干涉组阵和高精度时频分配的光纤稳相传输技术，得益于上年度提出的双外差混频式毫米波光子相位误差检测和光频调谐毫米波光子相位控制方法在信号频率、延迟校正范围和校正速度方面的突破，本年度在光纤稳相分配的信号频率、传输距离以及环境扰动容纳能力上取得重要进展。  

实现了100GHz光载毫米波信号的60公里室内光纤稳相传输，远端信号的残余相位噪声在0.1Hz频偏处为-45 dBc/Hz，1Hz频偏处低达-56 dBc/Hz，频率稳定性优于1.6´10^-16@1000秒平均；实现了1THz光载毫米波信号的40公里的室内光纤和42公里电信光缆（上海交通大学闵行校区至七宝校区）的稳相传输。传输后相位稳定性为1´10^-15@1000秒平均。  

上述结果远超过了目前国外报道的最高水平（80GHz、12公里）。由于传输系统的相位跟踪带宽可达数百Hz，而且校正范围不受限。因此，本传输系统可以校正相位扰动剧烈的光纤链路，环境容纳能力强、无需深埋传输光纤于地下，具有更强的实际应用价值。  

本年度发表相关成果的系列SCL论文5篇（其中3篇为本领域代表刊物Optics Letters，影响因子3.179）、国际会议论文2篇（其中1篇为ACP2014 Post-deadline 论文），申请专利2项。  

二、队伍建设和人才培养  

 实验室依托于通信与信息工程、电子科学与技术、光学等三个一级学科，并与计算机应用、医学等结合，知识结构合理，有利于组织基础研究、重大工程应用基础研究和交叉学科研究。  

实验室现有固定研究人员71名，其中正高级人员42名（含教授、研究员、教授级高工），副高级人员20名（含副教授、高级工程师），中级人员9名（含讲师、助理研究员、工程师）。另有双聘院士1名。其中，5人获得国家自然基金杰出青年基金资助，2人获得国家自然基金优秀青年计划资助，“973”首席科学家2人，1人主持国家重大科技专项计划，1人入选国家级新世纪百千万人才工程。88%的固定人员具有博士学历，45岁以下人员占54%。  

多年来，实验室一直非常注重大团队的组织和梯队建设，通过各种人才计划不断凝聚、吸引、培养国内外优秀中青年人才，利用国家对实验室每年投入的基本科研业务费，专门针对新引进的国家级人才计划专家和优秀青年研究人员给予特别启动经费。形成了以何祖源教授、李红滨教授、胡卫生教授、陈章渊教授、陈建平教授、王子宇教授、董毅教授等为学科带头人，以中青年学者为骨干，形成了一支结构合理、勇于创新、团结协作的学术队伍。实验室主任和主要学科带头人均为该领域的知名学者，并具有很好的团结协作精神。  

2014年，实验室在人才培养上又获新的突破，义理林副教授获2014年国家自然科学基金委优秀青年计划资助。

2014年实验室在站博士后7人，在读及新进博士生245人，在读及新进硕士生216人。2014年毕业博士26人，硕士66人，博士后出站3人。  

下面简要介绍2014年度实验室培养和引进的优秀人才（固定人员）。  

1、金贤敏    

上海交通大学物理与天文系特别研究员，博士生导师。2003年起师从中科院潘建伟院士，获中国科学技术大学理学博士学位，博士论文入选“全国百篇优秀博士论文”和“中科院百篇优秀博士论文”。2010年赴英国牛津大学物理系任博士后，2012年同时入选牛津大学沃弗森学院学者和欧盟授予的玛丽居里学者。2013年在上海交通大学组建量子技术实验室，同年加入本重点实验室。  

研究方向：光子集成芯片，光存储，量子信息  

学术成就：已在权威学术刊物上发表文章35 篇，其中包括Science（2篇），Nature Photonics （5篇），NaturePhysics （1篇），Nature Communications （3篇），Physical Review Letters （7 篇），Scientific Reports（2 篇）。论文共被SCI引用568次。研究工作多次被国际科技以及大众媒体报道，包括TIME，Nature，Science，Scientific American，Physics World，NewScientist，Physics Today，WIRED，Discovery 等。参与的工作入选了2006年度“中国基础研究十大新闻”，以第一作者完成的研究工作“远距离量子隐形传态”入选两院院士评选的2010 年“中国十大科技进展新闻”和科技部评选的2010 年“中国科学十大进展”。  

学术任职：Nature Photonics, Scientific Reports, Optics Express, New Journal of Physics Physica Scripta, Optics Communications, Chinese Physics Letters等期刊审稿人  

2、义理林    

上海交通大学副教授，博士生导师，国家自然科学基金优秀青年基金获得者。2005年获上海交通大学物理系硕士学位，2008年3月和6月年分别获法国巴黎高科电信学校（Telecom ParisTech）和上海交通大学博士学位。2008年5月加入Avanex公司担任研发经理，2010年4月加入上海交通大学，进入本重点实验室任职。  

研究方向：光信号处理，光接入网  

学术成就：在国外一流刊物发表SCI论文50余篇，SCI他引300余次，在国际会议做特邀报告10余次。获得10Gb/s信号最大无误码延迟，被包括Nature Photonics等多种期刊的综述论文正面引用；利用光信号处理技术获得功率预算最高长距离无中继光接入，被ACP2013接收为PDP论文；研制矩形因子最高的微波光子滤波器，有关论文获ACP2014最佳学生论文奖；开发的石墨烯锁模光纤激光器被《科技日报》报道。中文博士论文被评为2010年全国优秀博士论文，2013年获国家自然科学基金优秀青年基金资助。  

学术任职：《中国光学》青年编委，ICCC2014及OECC2015分会 TPC Co-Chair。  

三、开放与合作交流  

1.本年度实验室国内外学术交流与合作的主要情况  

国内外学术交流与合作情况  

实验室鼓励和支持科研人员参加国际学术交流，掌握国际学术前沿动态，提升实验室的研究水平，提高实验室在国际学术界的声誉。  

2014年实验室与国内外交流频繁，共计有76名外国专家学者、23名国内专家到实验室来讲学，实验室人员有13人/次到国外讲学，11人/次到国内讲学，78人/次到国外参加国际会议，32人/次参加国内会议。  

承担国际合作项目    

国际合作项目11项，本年度到账经费471万元（折合人民币）    

承办学术会议情况  

2014年11月11日-14日实验室承办了亚洲光子与通信国际学术会议（ACP）    

亚洲通信与光子学国际大会（Asia-Pacific Communications and Photonics Conference 2014，简称ACP 2014）。ACP由美国光学学会（OSA）、国际电气电子工程师学会光子学分会（IEEE Photonics Society）、国际光学工程师协会（SPIE）、中国光学学会（COS）和中国通信学会（CIC）联合提供技术支持，是亚太地区规模和影响最大的光通信与光子学年度国际学术会议，现已成长为与在美国举办的OFC（国际光纤通信大会）、在欧洲举办的ECOC（欧洲光通信大会）并列的世界上三大光通信与光电子学国际大会之一。会议涵盖了光通信、光传感、纳米光子学、生物光子学、照明及能源应用等技术领域，并包含反映当前产业动态的工业展览，以促进国际相关领域学术界和工业界的交流。  

2014亚洲光子与通信国际学术会议（ACP）于2014年11月11日-14日在上海国际会议中心举行，由本实验室承办。大会由实验室主任何祖源教授担任大会主席，武汉邮电科学研究院余少华教授担任大会技术程序委员会（TPC）主席，美国加州大学伯克利分校的Connie Chang-Hasnain教授、瑞典皇家工学院的Lena Wosinska教授和日本东京大学的Yasuhiko Arakawa教授担任大会共主席，实验室副主任陈章苑教授担任TPC共主席，董毅教授担任本地组织委员会主席，并组成了由国内外著名科学家担任共主席和分会主席的会议组织机构。大会得到武汉邮电科学研究院、中国光纤网络系统集团有限公司和凌云光子技术集团等赞助商的大力支持。  

本次大会共收到论文822篇（其中Post-deadline论文36篇），包括邀请报告、Workshop报告、口头报告以及张贴报告等形式共发表论文666篇，其中录用的口头报告为342篇，口头报告录用率低于40%。参会人数达700余人，其中国外及港澳台地区281人。来自31个国家和地区的学者及企业界人士就光通信和光子学领域的研究热点、学术前沿及产业前景等进行了充分的交流。会议期间，除上述4个大会报告外，6个分会还邀请了111个分会邀请报告。本次大会由IEEE光子学协会（IEEE-PS）赞助1万5千美元设立了优秀学生论文奖。经过认真评选，大会向22位与会学生颁发了优秀学生论文奖。此外，大会特别设置的9场专题研讨会和1场工业论坛，包含了82个精彩报告，场场爆满。参加本次大会技术展览的厂商共有18家，吸引了众多参观者。  

本次大会盛况空前，海外参会人数创造了ACP会议自实验室2005年主办 APOC大会、2009年承办第一届ACP大会以来的最高纪录。本次大会的成功举办，有力地提升了实验室的国际影响力，提升了ACP国际会议的学术声誉，对进一步提高我国光通信和光子学领域的研究水平起到了积极的推动作用。本次大会以其高度的国际化水准和出色的学术水平获得了中外专家的一致赞誉。同时，由实验室为核心的会议组委会与校内相关单位的老师和志愿者同学齐心协力，高水平地完成了会议组织工作，也赢得了中外与会者的高度评价。  

另外，2014年11月8日实验室承办了第四届两岸三地5G专题研讨会。  

2.公众开放活动的目的意义，开放对象及活动内容的取得成效  

国家重点实验室公众开放科技周活动    

国家重点实验室作为原始创新的源头，经过20多年的发展，已经成为我国基础研究和前沿技术研究的核心基地和孕育我国科技将帅人才的摇篮。根据国务院规定，每年五月第三周为科技活动周，由科技部、中宣部、中国科协等19个部门共同举办，在全国范围内开展大规模群众性科技活动。为了贯彻科技部要求国家级科研基地，必须承担起对社会公众普及科学知识，使优质的科研资源为国民共享。 实验室每年都会在5月对社会各界，尤其是中小学的师生进行科技周开放活动。  

为配合科技活动周，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室于2014年5月18日至24日以主题为“科学生活 创新圆梦”的科技活动周同时在上海和北京的两实验区举办。  

全面向公众开放，讲解相关科技知识，让公众走进科学殿堂，近距离接触科研活动，感受科技创新的魅力。本实验室的光网络、光传输、光电子、光传感四个重要领域的实验区全面对外开放，讲解人员对每个领域的研究背景和具体的研究内容进行了较详细的介绍。其间，江苏省高级常州中学和上海市延安中学、西南大学附中的学生及其他院校学生共300多名学生来实验室参观，听取实验室老师及研究生的专业讲解并观看实验演示。  

参观过程中，外校师生对实验室所展示的内容产生了浓厚的兴趣，不断向实验室讲解人员提问以获取更多的领域内知识。尤其在现场显示的实验中，参观师生热情高涨，对所展示内容多次称赞，并希望未来有机会可以来此进行实验学习。  

暑期夏令营  

2014年7月23日，由北京大学科学技术协会组织的“暑期北大青少年科学营”的营员们参观了区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室。在参观过程中，充满好奇心的营员们认真聆听了实验室老师对光纤光学基本知识的讲解，了解了光传感、光传输、光电子和光网络的基本概念，并且近距离地接触了相关的实验装置。讲解过后，营员们对实验室进行的实验及光纤通信前沿技术表现出了浓厚的兴趣，纷纷向实验室的老师咨询关于光纤通信技术的实际应用情况、安全性及未来发展等问题。实验室的老师为营员们一一做了耐心细致的解答，使营员们不仅开阔了视野还增加了对前沿技术的进一步了解。  

开展科普工作    

区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海实验区有一个非常活跃的研究生组织——“光纤之家”研究生协会。在上海交通大学校团委的支持下，实验室固定人员金耀辉教授与“光纤之家”研究生协会一起成立了“开放移动网络创新工作室”，积极推广和使用开源软件，鼓励基于社区的开放协作方式，与开源社合作举办了“开源者行”全国高校巡回演讲的首站上海交通大学活动。开展与工业界和学术界广泛合作，探索开放网络和计算的架构，促进校园数据开放，引导和协助构建基于校园网络的信息技术创新和实践的开放环境。鼓励学生创新和创业，支持成立了上海交通大学创客空间、数据分析师俱乐部、移动互联网协会等学生社团，举办了上海交通大学首届黑客马拉松活动，以基于低成本激光颗粒计数的空气质量监测为主题举办了创客工作坊活动，吸引超过100名低年级及校外学生参与，受到上海市环保局和上海市气象局的关注和好评。带领学生组队参加大数据比赛，夺得中国计算机学会主办的2014年第二届中国大数据技术创新大赛冠军，上海市经信委举办的首届上海市大数据开发应用创意大赛冠军。  

通过一系列的科普活动，充分展示了实验室在光通信以及利用相关技术贴近生活需求的最新研究成果，扩大了实验室的知名度和影响力，拉近了普通本科生和社会大众对国重实验室的感知距离。  

3. 加强实验室内部交流  

作为两校联合建设运行的国家重点实验室,在如何体现两实验区的紧密合作、利用各自的优势开展合作研究方面一直是实验室历次评估时被质疑和批评的问题。针对这一瓶颈问题，与会的两实验区老师们提出了许多建设性的意见和建议。结合多方面的意见，实验室将在今后几方面联合开展工作：  

1、建立制度性的合作交流机制，进行周期性的两实验区师生互访，形成工作协作纪要，开展“学术讨论例会”，并在两实验区的网页上实时发布；  

2、充分利用两实验区依托单位优势学科，结合国家的重大战略需求，从实验室整体角度凝聚、提炼两实验区的研究团队，互助融合，共同争取国家重大项目，开展合作研究工作；  

3、寻求两实验区依托单位在研究生联合培养方面、博士后联合工作方面的政策性支持，争取在联合培养人才方面有实质性的突破。同时，在现阶段，继续开展年度研究生学术访问团交流互访，不定期互派研究生参与两实验区相关课题团队，进行一段相对长时间的合作研究。  

本次两实验区的互访交流是由北大实验区陈章渊副主任带队，包括北大实验区四个研究方向的骨干科研人员及管理人员，于2014年4月24日-27日在上交实验区进行了为期4天的交流、研讨。期间，两实验区9个科研团队的科研骨干教师做了专题学术研究报告，北大实验区的老师们参观了上交实验区最新的实验设施与实验平台，互相交流、探讨了今后的合作意向。  

此外，上海交大实验区的“光纤之家”研究生交流协会与北京大学实验区的研究生协会联合开展两实验区校际间的实验室暑期学生交流活动。  

今年已经是第三次开展两实验区校际间的交流活动，本年度6月28日至7月6日，由上海交通大学实验区选拔出的暑期研究生学术交流团到访北京大学进行了为期9天的学术交流和访问。  

此次的交流活动内容主要包括实验室四个主要研究方向（光传感、光传输、光电子和光网络）的学术座谈会，参观北京邮电大学的“信息光子学与光通信”和“网络与交换技术”两个国家重点实验室，并听取了“信息光子学与光通信”国家重点实验室主任任晓敏老师的报告，听取加利福尼亚大学伯克利分校工学院副院长常瑞华（Connie J. Chang-Hasnain）教授主讲的“纳米光子学的研究前沿与应用”暑期课程。此次活动内容丰富，形式精彩活泼，不仅使同学们在参观、座谈过程中收获了知识，也在活动交流中增加了两个实验区之间的互动和认识。    

4. 实验室作为本领域公共研究平台的作用，大型仪器设备的开放与共享情况  

目前上海交通大学分实验区大部分的大型设备都已纳入上海市“仪器设备共享平台”，北京大学分实验区的大型设备也纳入“北京大学大型仪器设备共享平台”。其中包括500G高速数字取样示波器、40G误码分析系统等几十套大型设备。  

在依托单位的领导下，实验室建立了一套完善的大型仪器设备管理机制，从仪器的购置、验收、仪器的档案管理、操作规程制订、仪器使用培训、仪器定期维护、固定资产数据库等，都实现了制度化、规范化，实行设备共享、专人管理、专人操作、负责维护保养并执行设备使用登记制度，以保证实验室设备的运转正常。最大限度地降低仪器的故障率，延长大型仪器的使用寿命。  

四、专项经费执行情况与效益分析  

1.自主研究课题的设置及执行情况  

 2014年实验室新设立自主课题22项。其中团队重点课题5项，自由探索课题7项，人才培育课题10项。 

本年度自主课题结题18项，其中优秀项目7项。  

本年度自主科研业务经费390万元。  

自主课题成果介绍    

（1） 适用于光通信系统的基于铷原子无极放电灯的1529 nm稳频激光器的研究  

该课题的研究开拓了无极放电灯在原子滤光器方面的应用，以及原子滤光器在高精密激光光谱稳频、甚至光钟领域的应用。  

用铷原子无极灯实现了1529 nm通信波段原子滤光器[Appl. Phys. Lett. 2012, Vol.101, 211102], 在原子激发的窄线宽铷原子激发态法拉第反常色散效应原子滤光器，并将其用于全光激光稳频[Opt. Express Vol. 21, 28010-8 (2013)]。此后，我们实现了以无极放电灯激发铷原子的1529 nm波段的稳频激光输出，并进行了长时间的锁定。  

此外，在法拉第反常色散效应原子滤光器全光稳频方面，我们实现了准确度为1 MHz的全光反馈的稳频激光输出，并在此基础上，发展了超长外腔的全光反馈法拉第稳频激光器，以及主动式法拉第激光频率标准[Opt. Lett.Vol. 39,6339 (2014)]。前者已经达到了5×10-12的秒稳定度，而后者实现了398Hz的线宽。两者的基于法拉第原子滤光器的稳频激光输出均可直接实现新型的高性能光钟。  

（2） 基于连续变量的量子密钥通信系统和随机数发生器研究    

该课题的研究在量子保密通信方面，提出主动式和被动式信源监控方案，解决了信源噪声幺正变换模型中噪声参数的确定问题。提出了改进的双路连续变量协议，解决了针对两信道关联攻击的抵御问题，并对信源噪声和探测噪声的影响展开深入讨论。提出了连续变量测量设备无关协议，解决了针对连续变量探测器的量子黑客攻击问题。  

在量子随机数发生器方面，在VCSEL激光器相位噪声的基础上引入其偏振模式分配噪声，提升随机数产生速率至40Gbps。为进一步提升速率，选择测量超量发光二极管的强度噪声，并通过优化后处理方法成功的验证了该方案可达到1.6Tbps的产生速率，该结果被北京大学官方网站首页报道。同时，我们所提出的三倍标准差检验方法也开始被同行实际应用于相关研究中[1]，用以验证随机数与序列长度相关的特性。  

其他方面，提出了扩展适用频率范围的间接泵浦原子滤光器，并提升通讯波段原子滤光器性能。改进了已有的通讯波段原子滤光器的泵浦方式，优化了相关参数，大大提升了通讯波段原子滤光器的性能。  

（3）外部调制光相干域分布式光纤传感技术研究    

该课题研究分布式光纤传感技术，取得了一系列研究成果：提出基于宽带光频率梳的新型衰落噪声补偿技术，在实现超长距离分布式频域反射分析的同时，得到高空间分辨率；采用新型脉冲调制方式和相干检测方案，研制出应用于二级分光接入网系统检测的相干光时域分布反射技术；提出通过采用全光信号处理技术得到了突破电子瓶颈的极限扫频，应用于光频域反射计实现了超过20倍增强的高空间分辨率性能。基于这些研究，申请成功国家自然基金面上项目一项（61275097）、青年基金两项（61307106和61307107）。同时，通过改进光源的设计和高精度解调技术，实现了纳应变量级的准静态应变检测，在此基础上申请成功国家自然基金重大仪器设备研制专项（61327812）。  

基于有关成果，在Optics Express、IEEE Journal of Lightwave Technology、IEEE Photonic Technology Letters等国际刊物上发表论文6篇，在OFC、OFS、ACP、APOS等国际会议上报告16篇，其中特邀报告13篇。课题组在深入开展基础研究的同时，也积极推动有关成果的产业化，目前已经完成了基于相干光时域反射技术的分布式光纤振动检测系统和光纤接入网线路检测系统原理样机，获得有关企业合作开发项目的支持。  

（4）啁啾光栅可调光延迟线集成器件    

本课题研究了硅基集成光子延迟线的关键技术，研制完成了多种可调延迟线器件，包括：啁啾光栅可调延迟线、级联微环延迟线和可重构前馈式光延迟线。利用啁啾光栅在反射带宽内延迟量随波长线性增加的特性实现了可调延迟线。实验测试结果表明，光栅的反射谱带宽为0.5nm,消光比为15dB，在反射波长范围内，延时量可调节60ps。通过级联微环反射复用实现的延迟线具有更高的光缓存能力，更低的调节功耗。研制的13个级联微环光延迟线的最大延时量为110 ps，带宽为170 GHz。信号传输测试表明，在110ps延时下20G信号眼图完好,能实现无误码传输。采用光开关和波导级联研制了一种可重构前馈式光延迟线，通过控制光开关切换光信号经过不同的传播路径实现延时的分立调节。该延迟线结构能实现1.27ns的延迟调节范围，调节精度为10ps，对输入波长不敏感。  

2. 开放课题的设置及执行情况，以及利用开放基金完成的优秀成果简介  

2014实验室共有在研开放课题12项，总经费60万元。另外有7项开放课题结题。  

在2014年实验室组织的结题验收评审工作中，有1项课题获得了优秀，6项课题获得了良好。  

2014年结题的优秀开放课题成果介绍  

 

SOI波长滤波器件的研究  

英国南安普顿大学胡有方博士在重点实验室开放课题的资助下，对三种SOI波长滤波器件进行仿真与制备，主要针对作者先前发明的倾角多模干涉仪进行了深入的研究，对其与其它器件的连接，参数匹配，以及跨波段，跨平台的兼容性进行了重点的研究。实现了4-8信道，-20dB消光比的倾角多模干涉滤波器，实现-30dB消光比的级联多模干涉滤波器，实现带宽，并实现了和探测器的集成，完成了50Gb/s的数据接收。研究成果证明基于该结构的器件同样具有低插入损耗，高消光比，制备工艺容差不敏感的特点，是具有工业应用前景的器件。将来的研究将包括对平顶波分复用器的设计，降低温度敏感性，以及缩小器件的尺寸。在该课题的资助下，分别在Opt. Lett, Appl. Phy. Lett. IEEE PTL共发表3篇SCI论文。  

3. 2014年设备专项费执行情况：  

2013年，实验室向科技部及财政部申请中央财政专项设备费5537.96万元，最后批复3916万元，核减1621.96万元，批复数占申请数的70%。该笔国重实验室专项设备更新费将由财政部分三年（2014、2015、2016）下拨，实验室分三年执行完成。  

2014年度获得国家专项设备更新费2316万元，用于26台（套）设备。其中，购置12台（套）、研制2台（套）、在原有设备基础上升级2台（套），配套实验室设施费48万元。  

截至目前，26台（套）设备中，25台（套）设备已经全部购置完成，1台设备正在招标过程中，配套的120平米超净室也正在建设中。  

预计2015年，实验室将获得国家专项设备更新费1229万元，用于17台设备的购置，1台设备的研制。实验室将继续严格按照国家大型设备采购的相关规定，完成购置及研制计划，充分利用这批高水平的进口设备，提升实验室的实验及研究工作水平，积极开展前沿性、创新性研究工作。  

五、依托单位的支持  

1.依托单位在人、财、物条件方面的保障和支持  

类别	2013年度	2014年度	增长数	增长比率
专职管理人员（位）	2	1	0	0
专职技术人员（位）	3	1	0	0
硕士研究生招生（位）	68	73	5	1.22
博士研究生招生（位）	50	56	6	1.12
单位配套运行费（万元）	140	0	0	0
单位配套设备费（万元）	1661.83	0	0	0
实验室总面积（平米）	3551	3551	0	0
实验室总资产（万元）	10478	11802.59	1324.59	1.13

 

2. 依托单位给予的其他支持  

2014年实验室上海实验区依托单位上海交通大学给予了实验室免扣资源占用费的优惠政策，使实验室上海实验区当年度的开放运行费与基本科研业务费能百分之百的投入到实验室各项开放、运行及自主研究课题上去。