Abstract Optical information transmission is vital in modern optics and photonics due to its concurrent and multi-dimensional nature, leading to tremendous applications such as optical microscopy, holography, and optical sensing. Conventional optical information transmission technologies suffer from bulky optical setup and information loss/crosstalk when meeting scatterers or obstacles in the light path. Here, we theoretically propose and experimentally realize the simultaneous manipulation of the coherence lengths and coherence structures of the light beams with the disordered metasurfaces. The ultra-robust optical information transmission and self-reconstruction can be realized by the generated partially coherent beam with modulated coherence structure even 93% of light is recklessly obstructed during light transmission, which brings new light to robust optical information transmission with a single metasurface. Our method provides a generic principle for the generalized coherence manipulation on the photonic platform and displays a variety of functionalities advancing capabilities in optical information transmission such as meta-holography and imaging in disordered and perturbative media.

We proposed a sensor architecture for surface-enhanced Raman scattering (SERS) based on Fe ion doped LN (FLN) crystal, which was modified by large-area laser-induced periodic surface structures (LIPSS) and subsequently decorated with Ag nanoparticles (Ag NPs). Based on such a FLN/LIPSS/Ag substrate, strikingly boosted SERS enhancement was obtained at constant temperature owing to the LIPSS-related hot spot improvement. Benefiting from the pyroelectric effect of the FLN crystal, further enhanced SERS was achieved under heating and cooling processes, which can be ascribed to the additional charge transfer between molecules and Ag NPs triggered by pyroelectric potential. The experimental results highlight the high fabrication efficiency, ultrasensitivity, high uniformity, and high universality of the substrate, integrating the advantages of both LIPSS and the FLN crystal. More interestingly, selective suppression of Raman signals under cooling processes was observed, which further extends the applications of the FLN/LIPSS/Ag substrate for the detection of molecule complexes such as lake water polluted by crystal violet and 4-aminothiophenol molecules.

The utilization of fractional-order vortex beams extends the diversity of optical field manipulation, permits for more flexible control over beam propagation, and provides novel applications in optical communications, edge enhancement imaging, and particle manipulation. However, compared with the integer-order vortex beams, the topological charge measurement techniques for fractional-order vortex beams are not well developed, impeding the further exploration of its applications. In this paper, the frequency signal of rotational Doppler effect and corresponding broadening behavior under the fractional-order vortex beam illumination were analyzed. When the fractional topological charge approaches a half integer, the broadening is minimized. Leveraging this relationship, we designed a phase-compensated scheme coupled with signal-to-noise ratio detection to realize the real-time fractional topological charge measurement. The single pixel photodetector was used and eliminated the need for two-dimensional image acquisition and analysis, ensuring efficient acquisition and quantitative analysis. Both theoretical and experimental results confirm the feasibility of this method, thereby advancing the comprehension of the optical Doppler effect and potentially paving the way for future investigations into fractional vortex beams.

We report an experimental study on the behaviour of femtosecond Gaussian and vortex laser pulses during filamentation in turbulent water. The transverse and longitudinal wandering, intensity, and spectral broadening of the filamentation are evaluated. The results show that the filamentation of femtosecond vortex pulses is less affected by water turbulence than that of Gaussian pulses. Furthermore, the filamentation is less affected when the turbulence is located close or within the filamentation region, in contrast to the self-focusing region. These findings highlight the potential benefits of using femtosecond vortex pulse filaments in liquid-based applications.

We propose an all-fiber erbium laser that is mode-locked by integrating nonlinear polarization rotation (NPR) with a structure consisting of single-mode fiber, graded-index multimode fiber, and single-mode fiber (SMF-GIMF-SMF). This mode-locking exhibits a self-starting feature and can be reinstated during the modulation of the polarization controller (PC). The pulses achieved have a 3 dB spectral bandwidth of 10 nm and a wavelength tunable range of 7 nm, which are superior to those obtained from a single NPR mode-locked laser within an identical cavity. The generation of multi-pulse regimes is demonstrated through manipulation of the pump power and adjustment of the PC. These findings highlight the superiority of hybrid mode-locking over single mode-locking.

Summary P-wave seismic data are affected by the gas, resulting in poor imaging quality and making it impossible to carry out reservoir description in gas fields. However, S-wave is not affected by gas and can clearly display the structure and reservoir characteristics of gas fields. We used fast S-waves (S1) and slow S-waves (S2) seismic data to carry out reservoir description and geological modeling in gas fields. Firstly, we conducted sedimentary facies analysis using S2 seismic data. On this basis, we further conducted reservoir prediction research and achieved a fine description of the reservoir. Secondly, we used the interpretation results of S1 and S2 seismic date for geological modeling. Finally, we conducted numerical simulation based on gas reservoir geological model, fluid model and production performance analysis to predict the distribution of remaining gas. Through the above research, we clarified the gas enrichment and water invasion rules of the gas field, providing effective support for the development plan of the gas field.

The bidirectional propagation properties of partially coherent Laguerre–Gaussian (PCLG) beams under atmospheric turbulence and plasma were numerically investigated. The corresponding analytical formulas for the intensity distribution, effective beam width, and M2 factor of PCLG beams were derived by utilizing the generalized Collins integral formula, atmospheric turbulence theory, and second-order moments theory of the Wigner distribution function. The intensity distribution of the PCLG beams ultimately evolved into a Gaussian-like intensity distribution. Additionally, the effective beam width and M2 factor could be less affected by selecting appropriate parameter values for the beam order, transverse coherence width, and wavelength of the PCLG beam. The impact of parameters such as the beam order, transverse coherence width, and wavelength for reverse transmission on the PCLG beam propagation properties was greater than that for forward transmission. These results are beneficial for applications in free-space optical communications.