光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，龍穎，胡欽政，王壯，楊杰
3/23/2020，光纖在線訊，2020年2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、無源器件、光纖傳輸系統(tǒng)、光子系統(tǒng)、光學(xué)傳感器和測量系統(tǒng)等，筆者將逐一評析。

1. 有源器件

    南京信息工程大學(xué)的Wen-Jian Kuang等研究人員采用溶液法制備了ZnS/碳量子點(diǎn)（QD）垂直異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)光電晶體管，如圖1所示。他們使用為2.2nm、帶隙為4.5eV的ZnS QD沉積光吸收QD層，在波長約為290nm處產(chǎn)生了截止效果。該光電晶體管的光響應(yīng)率為137mA/W，外量子效率（EQE）為66.6%，由于垂直異質(zhì)結(jié)在耗盡模式下的有效載流子會產(chǎn)生分離，響應(yīng)時(shí)間為0.2s。研究結(jié)果表明，垂直異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是一種較有應(yīng)用前途的溶液處理紫外光電探測器設(shè)計(jì)方案[1]。

圖1（a）ZnS/碳量子點(diǎn)光電晶體管，（b）QD光電晶體管的光學(xué)顯微鏡圖像，（c）ZnS/碳QD異質(zhì)結(jié)的能帶排列

2. 無源器件

    中國計(jì)量大學(xué)的X. Q. Bai等研究人員設(shè)計(jì)了一種用于微腔諧振器回音壁模（WGM）激勵(lì)的集成光纖耦合器，如圖2所示。該器件通過一個(gè)開放的微通道將微球嵌入光纖內(nèi)腔中來制備，并通過倏逝場耦合來激發(fā)各種WGM；另外，在透射光譜中觀察到斜率為-13.88 dB/nm及Q因子為1.81×103的非對稱Fano共振線形和對稱洛倫茲線形。該光纖諧振腔耦合結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、魯棒性好等特點(diǎn)[2]。


圖2 光纖耦合WGM微球諧振腔光路

3. 光纖傳輸系統(tǒng)

    加拿大麥吉爾大學(xué)的Md. Ghulam Saber等研究人員在100G PON下游應(yīng)用中，使用20G硅基發(fā)射機(jī)和25G光放大PIN+TIA基接收機(jī)在O波段中通過50 km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF）進(jìn)行了100 Gb/s/λ雙二進(jìn)制PAM-4（DB-PAM-4）傳輸，實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。在誤碼率（BER）低于低密度奇偶校驗(yàn)前向糾錯(cuò)（LDPC-FEC）閾值（即1×10-2）時(shí)，經(jīng)過背靠背（B2B）、20km和50km單模光纖傳輸后的接收機(jī)靈敏度分別為-15dBm、-14.5dBm和-12dBm，在接收機(jī)中使用了131抽頭線性前饋均衡器（FFE）。結(jié)果表明，在通過20 km傳輸時(shí)可以實(shí)現(xiàn)20 dB的功率預(yù)算。此外，他們還測試研究了99Gb/s（33Gbaud）PAM-8信號的傳輸性能，結(jié)果表明，在LDPC-FEC閾值下，DB-PAM-4信號比PAM-8信號的靈敏度高5.3dB[3]。


圖3 實(shí)驗(yàn)裝置

4. 光子系統(tǒng)

    上海交通大學(xué)先進(jìn)光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Min Ding等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于光采樣的微波器件寬帶光子網(wǎng)絡(luò)分析儀（PNA），不僅能實(shí)現(xiàn)寬帶測量過程，還避免了傳統(tǒng)電網(wǎng)分析儀（ENA）中繁瑣的混頻過程，相關(guān)原理如圖4所示。研究人員采用頻域方法來測量散射參數(shù)（S參數(shù)），被測設(shè)備（DUT）在具有掃頻連續(xù)波正弦信號的激勵(lì)下產(chǎn)生相應(yīng)響應(yīng)信號，通過光采樣脈沖串捕獲響應(yīng)信號，并進(jìn)行光電檢測和量化分析；S參數(shù)幅度是基于DSP的量化結(jié)果來計(jì)算的。PNA帶寬是由單個(gè)光脈沖的時(shí)間形狀和調(diào)制器頻率響應(yīng)決定，它在商用應(yīng)用中能達(dá)到100GHz以上的帶寬。研究人員在可測頻率跨度高達(dá)35GHz的PNA中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測量了25GHz低通濾波器在1～35GHz范圍內(nèi)的S參數(shù)幅度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與商用ENA的測試結(jié)果吻合。



圖4 基于模擬光采樣鏈路的光子網(wǎng)絡(luò)分析儀工作原理

5. 光學(xué)傳感器和測量系統(tǒng)[/b]

    上海大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)上海重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Weiyan Kang等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于全偏振保持（PM）光纖激光同步系統(tǒng)的高性能光子上變頻探測器，如圖5所示；其中采用的符合抽運(yùn)技術(shù)能夠?qū)⒚}沖紅外光子光譜轉(zhuǎn)換為可見光，轉(zhuǎn)換效率為72%。在低噪聲等效功率為3×10-17w/Hz1/2的情況下，上變頻探測器的探測效率達(dá)到30%。上述上變頻檢測系統(tǒng)基于保持全偏振的光纖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，有利于提高系統(tǒng)的緊湊性和魯棒性。該器件的長期穩(wěn)定性表現(xiàn)在至少十小時(shí)的運(yùn)行中，計(jì)數(shù)率相對波動(dòng)值小于0.26％。由于該上變頻探測器具有很強(qiáng)的魯棒性和高效性，可以應(yīng)用于遠(yuǎn)程光譜檢測和超靈敏紅外成像過程[5]。


圖5 （a）摻Y(jié)b和摻Er光纖激光器（YDFL和EDFL）的全PM同步系統(tǒng)；（b）泵浦源工作過程；（c）被動(dòng)同步泵浦的單光子上轉(zhuǎn)換探測過程

參考文獻(xiàn)

[1]Wen-Jian Kuang; Zhen-Peng Wang; Hao Liu, et al. ZnS/Carbon Quantum Dot Heterojunction Phototransistors for 
Solar-Blind Ultraviolet Detection[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2020,32(4): 204-207.

[2]X. Q. Bai; D. N. Wang. An In-Fiber Coupler for Whispering-Gallery-Mode Excitation in a Microsphere Resonator[J]. 
IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(4): 188-191.

[3]Md. Ghulam Saber; Ramón Gutiérrez-Castrejón; Md. Samiul Alam, et al. 100 Gb/s/λ Duo-Binary PAM-4 
Transmission Using 25G Components Achieving 50 km Reach[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(3): 138-141. 

[4]Min Ding; Zhengtao Jin; Jianping Chen, et al. Photonic Network Analyzer Based on Optical Sampling[J]. 
IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(4): 212-215.

[5]Weiyan Kang; Bowen Li; Yan Liang;et al. Coincidence-Pumping Upconversion Detector Based on 
Passively Synchronized Fiber Laser System[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(4): 184-187.