光纖在線特約編輯：邵宇豐，龍穎，胡欽政
2019年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：有源器件、無(wú)源器件和光波導(dǎo)、光子系統(tǒng)、自由空間光傳輸系統(tǒng)、光電探測(cè)器等，筆者將逐一評(píng)析。
1. 有源器件
麥吉爾大學(xué)的Fatemeh Soltani等研究人員設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)差分相移鍵控（DPSK）的新型環(huán)路鏡調(diào)制器（LMM），如圖1所示。LMM由一個(gè)馬赫-增德?tīng)栒{(diào)制器（MZM）組成，兩個(gè)輸出端位于MZM的一側(cè)，并由一個(gè)波導(dǎo)環(huán)進(jìn)行連接。環(huán)形鏡輸入端的光被被分成兩部分，每一部分都沿著環(huán)形鏡反向移動(dòng)。在非線性應(yīng)用中，初始信號(hào)之間的相對(duì)相位由僅在一個(gè)方向上傳播的信號(hào)功率控制（取決于初始信號(hào)每個(gè)部分的相對(duì)相位，可以反射到輸入端或傳輸?shù)捷敵龆耍�。他們選擇使用馬赫-增德?tīng)柛缮鎯x（MZI）來(lái)控制功率分配器中的耦合比，并將環(huán)形鏡設(shè)計(jì)成集成光學(xué)調(diào)制器。他們使用TW-LMM生成了10Gbit/s的DPSK信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)了無(wú)差錯(cuò)傳輸；并通過(guò)分析得到了該器件實(shí)現(xiàn)任意相位和振幅調(diào)制所需的兩驅(qū)動(dòng)電壓之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。但是，該器件中的射頻調(diào)制信號(hào)只能驅(qū)動(dòng)LMM中的一個(gè)臂，從而導(dǎo)致光信號(hào)顯示出相位調(diào)制和振幅調(diào)制，無(wú)法滿足生成DPSK信號(hào)僅需調(diào)制相位的條件[1]。

圖1 環(huán)路鏡調(diào)制器（LMM）結(jié)構(gòu)

圖2 評(píng)估LMM DPSK性能的實(shí)驗(yàn)裝置
2. 無(wú)源器件和光波導(dǎo)
香港城市大學(xué)的Quandong Huang等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于相移長(zhǎng)周期光柵（LPG）結(jié)構(gòu)的超寬帶模式濾波器，如圖3所示。該濾波器將長(zhǎng)周期光柵濾出的少模波導(dǎo)（FWM）模式轉(zhuǎn)換為高階模式，然后通過(guò)集成波導(dǎo)錐抑制該模式；其中采用了能提供100nm帶寬的相移LPG，以滿足超寬帶工作條件。研究人員設(shè)計(jì)了制備模式濾波器的步驟，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示了模式濾波器抑制三模波導(dǎo)（支持E11，E21和E12模式）基模的工作過(guò)程（實(shí)驗(yàn)中采用了長(zhǎng)度為26mm的聚合物材料）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該濾波器對(duì)帶寬分別為190nm和140nm的兩個(gè)高階模式實(shí)現(xiàn)了偏振不敏感的10dB基模抑制過(guò)程[2]。

圖3 超寬帶模式濾波器結(jié)構(gòu)

3. 光子系統(tǒng)
韓國(guó)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究院的Xiao-Zhou Li等研究人員基于諧波注入鎖定和半導(dǎo)體光放大器（SOA）的增益飽和放大實(shí)驗(yàn)研究了鎖模光纖激光器中重復(fù)倍率倍增的過(guò)程，原理如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，注入光功率越高，重復(fù)率越低，相位噪聲水平越低；但對(duì)于高注入功率，側(cè)模抑制比（SMSR）也會(huì)降低。為了保證低相位噪聲和高信噪比的重復(fù)倍率優(yōu)化，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用強(qiáng)光注入，使得相乘脈沖具有良好的相位噪聲特性，然后使用一個(gè)增益飽和半導(dǎo)體光放大器，以有效增加SMSR和降低倍增脈沖的調(diào)制深度。研究人員使用250MHz鎖模激光器，演示了1GHz重復(fù)率、3%調(diào)制深度和33dB SMSR的倍增脈沖產(chǎn)生過(guò)程；當(dāng)實(shí)現(xiàn)從10 kHz到10MHz偏移頻率集成時(shí)，測(cè)得應(yīng)用該方案后絕對(duì)均方根集成定時(shí)抖動(dòng)值僅為14fs[3]。

圖4 鎖模激光器重復(fù)速率倍增原理

4. 自由空間光傳輸系統(tǒng)
為了提高激光雷達(dá)三維成像的精度，解決干涉條紋對(duì)電光晶體偏振調(diào)制的負(fù)面影響，中科院的Shengjie Wang等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于偏振調(diào)制技術(shù)的三維圖像深度信息校正算法。他們?cè)谄�振調(diào)制三維成像激光雷達(dá)系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)（如圖5所示），將系統(tǒng)接收到的目標(biāo)反射光經(jīng)電光晶體調(diào)制后，通過(guò)偏振分束器（PBS）分成兩個(gè)互補(bǔ)光束，分別由兩個(gè)EMCDS接收，可以同時(shí)通過(guò)添加兩個(gè)調(diào)制圖像來(lái)重建深度圖像和強(qiáng)度圖像。然而，電光晶體的錐形干涉效應(yīng)會(huì)影響偏振光的調(diào)制過(guò)程，從而導(dǎo)致距離誤差。研究人員通過(guò)擬合兩個(gè)EMCCD來(lái)獲得每個(gè)像素的光強(qiáng)度比曲線與電壓變化的關(guān)系，并通過(guò)與精確的偏振調(diào)制范圍相對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)來(lái)計(jì)算實(shí)際電壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在高精度成像過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異性能，在0.9mrad的寬視場(chǎng)范圍內(nèi)誤差值小于0.1m[4]。

圖5 偏振調(diào)制三維成像得激光雷達(dá)系統(tǒng)
5. 光電探測(cè)器
印度理工學(xué)院的Rishibrind Kumar Upadhyay等研究人員以摻氟氧化錫（FTO）為基底，制備了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高性能光電探測(cè)器（制備步驟如圖6所示）。他們使用溶膠-凝膠法合成了鈣鈦礦CH3NH3PbI3和金屬氧化物氧化鋅（ZnO）薄膜，所合成的復(fù)合鈣鈦礦CH3NH3PbI3薄膜具有四方結(jié)構(gòu)，晶體尺寸為39.01nm；而ZnO薄膜具有纖鋅礦六方結(jié)構(gòu)，晶體尺寸為26.47nm。在這兩種薄膜中，顆粒分布均勻，平均粒徑分別為50nm和30nm。研究人員測(cè)量確定了CH3NH3PbI3和ZnO之間形成的勢(shì)壘，并對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征；并測(cè)量了該光電探測(cè)器在黑暗情況和太陽(yáng)光和單色光照射時(shí)的光電性能。研究結(jié)果表明：在−1 V外加偏壓下的藍(lán)光光譜附近可獲得21.8 A/W的最大光響應(yīng)值，證明該器件具有良好的光響應(yīng)性能，是一種可應(yīng)用于寬范圍高光響應(yīng)的光電檢測(cè)器件[5]。

圖6 光電探測(cè)器制備步驟

參考文獻(xiàn)
[1] Fatemeh Soltani; David Patel; Michaël Ménard; et al. DPSK Modulation With a Dual-Drive Silicon Photonic Loop-Mirror Modulator [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(13):1037 - 1040. 
[2] Quandong Huang; Wen Wang; Wei Jin; et al. Ultra-Broadband Mode Filter Based on Phase-Shifted Long-Period Grating [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(13):1052 - 1055.
[3] Xiaozhou Li; Changi Jeon; Shilong Pan; Jungwon Kim. Low-Noise Repetition-Rate Multiplication by Injection Locking and Gain-Saturated Amplification [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(13): 997-1000.
[4] Shengjie Wang; Bo Liu; Zhen Chen; Heping Li. Chung. High Precision Calibration Algorithm for Large Field-of-View Polarization-modulated 3D imaging [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(13): 1064-1067.
[5] Rishibrind Kumar Upadhyay; Abhinay Pratap Singh; et al. High-Performance Photodetector Based on Organic–Inorganic Perovskite CH3NH3PbI3/ZnO Heterostructure [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(14): 1151- 1154.