邵宇豐，龍穎，胡欽政
    2019年5月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：無(wú)源器件和光波導(dǎo)、有源光子器件、光纖網(wǎng)絡(luò)與傳輸系統(tǒng)、傳感器等，筆者將逐一評(píng)析。
1. 無(wú)源器件和波導(dǎo)
     上海交通大學(xué)電子工程系先進(jìn)光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Qihang Shang等研究人員設(shè)計(jì)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種基于可調(diào)諧硅光子交織器的微波光子移相器（IBPS）（原理如圖1所示）。該器件由微環(huán)諧振器（MRR）、可調(diào)諧交織器和21多模干涉儀（MMI）組成（其中，輸入的射頻（RF）光子信號(hào)的兩個(gè)音調(diào)由MRR分開，并通過(guò)一個(gè)MMI進(jìn)行組合）；在線性度為0.08且射頻功率變化小于1dB的情況下，可以實(shí)現(xiàn)40GHz射頻光子信號(hào)的360°全相移，而線性相移為188°。該器件是在絕緣體硅（SOI）平臺(tái)上制作的，可以與光子和電子電路集成，可調(diào)IBPS系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示[1]。



圖1 IBPS的原理圖


圖2 可調(diào)IBPS系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置；EA：電放大器；OSA：光譜分析儀

2. 有源光子器件
南京大學(xué)的Shengping Liu等研究人員設(shè)計(jì)了基于采樣莫爾光柵（SMG）的1550nm高功率單縱模（SLM）分布反饋（DFB）式半導(dǎo)體激光器（如圖3所示）。通過(guò)設(shè)計(jì)微米尺度的取樣結(jié)構(gòu)，可以等效組建沿激光腔的莫爾光柵（MG）；通過(guò)減小激光面耦合系數(shù)，提高輸出功率。該激光器的腔長(zhǎng)和脊寬分別為1.0mm和3.0μm；在25℃的散熱器溫度下，測(cè)量的閾值電流和斜率效率分別為30.0mA和0.36 mW/mA。當(dāng)注入電流為800.0mA時(shí)，最大輸出功率約為183.0mW。與在同一晶圓上制作的均勻取樣光柵（USG）相比，該激光器的飽和功率有了顯著提高。此外，他們還在同一晶圓上制備了一種基于SMG的四通道DFB激光器陣列，該陣列顯示出了良好的波長(zhǎng)均勻性；該激光器/陣列可能在針對(duì)光散射損失進(jìn)行探索硅光子學(xué)的領(lǐng)域得到應(yīng)用[2]。




圖3（a）基于SMG結(jié)構(gòu)的大功率DFB激光器；（b）光柵的俯視圖、采樣結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的SMG

3. 光纖網(wǎng)絡(luò)與傳輸系統(tǒng)
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的Arne Josten等研究人員設(shè)計(jì)了一種采用盲相干接收技術(shù)的DSP算法（如圖4所示）；即在頻域內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)色散（CD）、載波頻率偏移（CFO）、偏振狀態(tài)和定時(shí)誤差（TE）的校正。頻域誤差估計(jì)是基于改進(jìn)的戈達(dá)爾算法實(shí)現(xiàn)（該算法計(jì)算每個(gè)符號(hào)少于兩個(gè)樣本和小時(shí)間抖動(dòng)的偏移量）；頻域同步過(guò)程獨(dú)立于調(diào)制格式實(shí)現(xiàn)（基于高基數(shù)矩形QAM格式的概率型（PS）信號(hào)同步的方法）。他們?cè)陬l域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了符號(hào)率為42.7Gbd極化分復(fù)用（PDM）64QAM信號(hào)的同步，計(jì)算了快速傅立葉變換尺寸和用于誤差估計(jì)的快速傅立葉變換塊數(shù)的仿真結(jié)果，測(cè)量了背靠背和傳輸超過(guò)300 km情況下，四種不同概率事件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[3]。
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圖4 頻域同步的接收機(jī)中DSP流程；Tx：發(fā)射機(jī)；ADC：模數(shù)轉(zhuǎn)換器；DFT：離散傅里葉變換；IQ：同相正交；CD：色散；Rx：接收機(jī)；CFO：載頻偏移。 

韓國(guó)大田科研院的Sunghyun Bae等研究人員設(shè)計(jì)了利用數(shù)字光學(xué)相位共軛（D-OPC）技術(shù)補(bǔ)償了模分復(fù)用（MDM）傳輸系統(tǒng)中的模式串?dāng)_（如圖5所示）。他們利用發(fā)送端的波前傳感器（WFS）來(lái)測(cè)量經(jīng)由多模光纖（MMF）鏈路發(fā)送的空間模式的波前；然后利用該信息和空間光調(diào)制器（SLM）產(chǎn)生相位共軛信號(hào)；相位共軛信號(hào)再通過(guò)相同的MMF鏈路發(fā)送給接收器。該技術(shù)可以在不改變系統(tǒng)配置的情況下，通過(guò)增加額外的收發(fā)器來(lái)逐漸增加MDM的系統(tǒng)容量；并且無(wú)論調(diào)制格式如何選擇，都可以使用非迭代方法快速估計(jì)信道矩陣。研究人員在100米長(zhǎng)的單模光纖鏈路上了傳輸四種LP模式，每種模式都攜帶10 GB/s的開關(guān)鍵控信號(hào)。這些信號(hào)是通過(guò)使用無(wú)電均衡器的直接接收器來(lái)檢測(cè)信號(hào)。結(jié)果表明，采用上述D-OPC技術(shù)，四種模式的誤碼率（BER）均優(yōu)于10-3[4]。

圖5 （a）基于D-OPC的MDM傳輸系統(tǒng)；（b）調(diào)度過(guò)程

4. 傳感器
美國(guó)洛厄爾大學(xué)的Xu Guo等研究人員介紹了基于隔膜的全硅纖維尖端壓力傳感器的設(shè)計(jì)，制造和測(cè)試過(guò)程（實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示）。該傳感器通過(guò)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)制備1.2μm厚的二氧化硅隔膜，并與纖維尖端上105μm直徑的FP腔熱粘合，以形成法布里-珀羅（FP）干涉儀。蝕刻的FP腔直徑為105μm，使得感測(cè)區(qū)域變大；因此無(wú)需任何后拋光或蝕刻即可實(shí)現(xiàn)12.4nm / kPa（85.3nm / psi）的靜壓靈敏度。由于該傳感器具有全硅結(jié)構(gòu)，在測(cè)試期間它還顯示出低溫交叉敏感性。與其他全硅纖維尖端壓力傳感器相比較，該傳感器制造方法簡(jiǎn)單，更適合批量生產(chǎn)且具有很大的應(yīng)用潛力[5]。


圖6 實(shí)驗(yàn)裝置

參考文獻(xiàn)
[1] Qihang Shang, Yanping Yu, Yong Zhang, Yu He; et al. A Silicon Photonic RF Phase Shifter With Linear Phase Response and Low RF Power Variation[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(9):713-716. 
[2] Shengping Liu, Hao Wu, Yuechun Shi, Bocang Qiu; et al. High-Power Single-Longitudinal-Mode DFB Semiconductor Laser Based on Sampled Moiré Grating [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(10): 751-754.
[3] Arne Josten; Benedikt Baeuerle; Bertold Ian Bitachon; Gabriel Stalder; et al. 400G Probabilistic Shaped PDM-64QAM Synchronization in the Frequency Domain [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(9): 697-700.
[4] Sunghyun Bae; Youngho Jung; Byung Gon Kim; Yun C. Chung. Compensation of Mode Crosstalk in MDM System Using Digital Optical Phase Conjugation [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(10): 739-742.
[5] Xu Guo ; Jingcheng Zhou ; Cong Du ; Xingwei Wang. Highly Sensitive Miniature All-Silica Fiber Tip Fabry–Perot Pressure Sensor [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(9): 689- 692.