光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，龍穎，胡欽政，王壯，楊杰
    2019年10月出版的PTL主要刊登了以下方向的一些文章，包括：有源器件、無(wú)源器件、光學(xué)傳感器、光子系統(tǒng)、光子材料與制造技術(shù)等，筆者將逐一評(píng)析。
1. 有源器件
    北京大學(xué)光電技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Guanzhong Pan等研究人員使用金屬網(wǎng)格技術(shù)來(lái)解決相干耦合垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列的電流擴(kuò)展問(wèn)題，能獲取單個(gè)發(fā)射器之間均勻的近場(chǎng)光強(qiáng)度。他們?cè)诹�角�?9元素陣列（如圖1所示）中實(shí)現(xiàn)了具有近衍射極限光束的同相模式操作。該陣列的測(cè)量光束寬度低至1.3°，僅約為衍射極限的1.08倍，并且它可在從中心到最大輸出功率的中心葉中保持29.2％平均功率的較高比例。該技術(shù)為實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量的大面積同相相干耦合VCSEL陣列提供了一種替代方法[1]。

圖1 （a）同相耦合注入定義的六角形19元素VCSEL陣列結(jié)構(gòu)；（b）和（c）分別是傳統(tǒng)框架接觸陣列和金屬柵格接觸陣列注入孔中的電流密度分布

2. 無(wú)源器件
華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院的Meng Huang等研究人員在硅芯光纖（SCF）平臺(tái)上設(shè)計(jì)了全光纖集成的非線性波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（NWC），如圖2所示。該器件用于實(shí)現(xiàn)電信頻帶內(nèi)基于四波混頻（FWM）的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)-22.1dB。他們使用僅約一厘米長(zhǎng)的SCF實(shí)現(xiàn)了具有20Gb/s比特率的正交相移鍵控（QPSK）信號(hào)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，裝置如圖3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)制信號(hào)在誤碼率（BER）為3.8×10−3情況下以1~2dB的代價(jià)水平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這也證明了硅光纖器件適用于超緊湊結(jié)構(gòu)的全光纖光信號(hào)處理系統(tǒng)[2]。

圖2 全光纖集成SCF-NWC系統(tǒng)

圖3 支持QPSK信號(hào)的FWM波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)裝置

3. 光學(xué)傳感器
哈爾濱工程大學(xué)的Shujie Duan等研究人員設(shè)計(jì)了一種高靈敏度的馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x（MZI）扭轉(zhuǎn)傳感器（如圖4所示），用于檢測(cè)扭轉(zhuǎn)率和辨別扭轉(zhuǎn)方向。該傳感器由預(yù)扭錐級(jí)聯(lián)多模光纖構(gòu)件（MMFs）構(gòu)成（MMFs由長(zhǎng)度為3毫米的多模光纖組成）。預(yù)扭錐的作用主要是在單模光纖（SMF）中提供永久的螺旋變形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在-π/3~π/3角度內(nèi)，1453nm低谷和1586nm低谷處的波長(zhǎng)漂移與扭轉(zhuǎn)成線性關(guān)系；在0~9.97rad/m（逆時(shí)針）的扭轉(zhuǎn)速率范圍內(nèi)，1453nm和1586nm低谷處的扭轉(zhuǎn)靈敏度分別為-0.740nm/（rad/m）和-0.576nm/（rad/m）；相反，在0~9.97rad/m（順時(shí)針）的扭轉(zhuǎn)速率范圍情況下，兩個(gè)波長(zhǎng)低谷處的扭轉(zhuǎn)靈敏度分別為0.481 nm/（rad/m）和0.185 nm/（rad/m）。此外，在50~150℃范圍內(nèi)，1453nm和1586nm低谷處的波長(zhǎng)漂移與溫度也呈線性關(guān)系，溫度靈敏度分別為49pm/℃和75pm/℃，也驗(yàn)證了該扭轉(zhuǎn)傳感器在測(cè)量扭轉(zhuǎn)率和辨別扭轉(zhuǎn)方向上的應(yīng)用可行性[3]。


圖4 傳感器結(jié)構(gòu)及模態(tài)傳播

4. 光子系統(tǒng)
美國(guó)紐約IBM Thomas J. Watson研究中心的Benjamin G. Lee等研究人員設(shè)計(jì)了一種使用低分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）在雙調(diào)諧馬赫-曾德?tīng)栭_(kāi)關(guān)（MZS）中實(shí)現(xiàn)相位微調(diào)的新裝置，模具如圖5（a）所示。它可以在未來(lái)的光子電路中節(jié)省大量的面積和成本；尤其是制備基于單片集成電子學(xué)和光子學(xué)的開(kāi)關(guān)可能會(huì)受益，因?yàn)闇p小的DAC面積為光子學(xué)設(shè)計(jì)提供了更大的可控空間，并可能實(shí)現(xiàn)更大的開(kāi)關(guān)半徑。他們?cè)谟删�性7位DAC驅(qū)動(dòng)兩個(gè)熱光（TO）相位調(diào)諧器的MTS中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)試裝置如圖5（b）所示。結(jié)果表明，該器件在使用該方法后的分辨率提高7倍以上，而功耗僅增加1.7%。該方法能夠用于由TO和電光（EO）驅(qū)動(dòng)的光子開(kāi)關(guān)以及其它基于光子學(xué)的集成干涉儀[4]制備。

圖5 （a）包含MZS試驗(yàn)場(chǎng)的模具圖；（b）MTS測(cè)試裝置

5. 光子材料與制造技術(shù)
清華大學(xué)的Xue-Qing Liu等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于超光滑藍(lán)寶石凹面微透鏡陣列的均質(zhì)器，用于將高通量脈沖激光束整形為平頂輪廓強(qiáng)度分布光束。藍(lán)寶石凹面微透鏡陣列通過(guò)干蝕刻輔助飛秒激光加工技術(shù)快速制成，表面粗糙度約為1.1 nm。由于藍(lán)寶石玻璃在紫外到紅外的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有較高的透光率，他們?cè)诨�于藍(lán)寶石凹面微透鏡陣列的均質(zhì)器中成功對(duì)波長(zhǎng)分別為266nm、532nm和808nm的激光束進(jìn)行了均勻化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置及原理分別如圖6（a）、（b）所示。此外，該均質(zhì)器具有藍(lán)寶石激光損傷閾值高，凹形輪廓清晰和表面光滑度高等優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)于通量小于5J/cm2的飛秒激光均質(zhì)化的制備也具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[5]。


圖6 （a）微透鏡陣列進(jìn)行光束均勻化的實(shí)驗(yàn)裝置；（b）微透鏡陣列進(jìn)行光束均勻化的原理

參考文獻(xiàn)
[1] Guanzhong Pan; Yiyang Xie; Chen Xu; Qiuhua Wang; et al. In-Phased Implant-Defined 
Hexagonal VCSEL Array with Near-Diffraction-Limited Beam [J]. IEEE Photonics Technology 
Letters, 2019, 31(20): 1647-1649. 
[2] Meng Huang; Haonan Ren; Ozan Aktas; Li Shen; et al. Fiber Integrated Wavelength 
Converter Based on a Silicon Core Fiber with a Nano-Spike Coupler [J]. IEEE Photonics 
Technology Letters, 2019, 31(19): 1561-1564.
[3] Shujie Duan; Xingyu Bai; Xiyuan Kang; Hang Du; et al. High Sensitive Torsion Sensor Based 
on Cascaded Pre-Twisted Taper and Multi-Mode Fiber Sheets [J]. IEEE Photonics Technology 
Letters, 2019, 31(19): 1588-1591.
[4] Benjamin G. Lee; Nicolas Dupuis; Jonathan E. Proesel; et al. Fine-Tuning of Mach–Zehnder 
Phase Using Low-Resolution Digital-to-Analog Converters [J]. IEEE Photonics Technology 
Letters, 2019, 31(19): 1573-1575.
[5] Xue-Qing Liu; Lei Yu; Qi-Dai Chen; Liang-cai Cao; et al. Sapphire Concave Microlens Arrays 
for High-Fluence Pulsed Laser Homogenization [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(20): 1615-1618.