光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，龍穎，胡欽政，王壯，楊杰
    5/12/2020，光纖在線訊，2020年4月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：激光器、發(fā)光二極管、光纖轉(zhuǎn)換器、激光調(diào)制器、光纖傳感器等，筆者將逐一評析。

1 激光器

    德國萊布尼茨聯(lián)合會費迪南德布勞恩研究所的Martin Wilkens等研究人員改進(jìn)了雙不對稱外延設(shè)計的脊形波導(dǎo)激光器的設(shè)計，讓其在保持高效率和光束質(zhì)量的條件下進(jìn)一步提升發(fā)射功率。研究人員增加了泵浦面積以減小整體串聯(lián)電阻的影響，并引入了橫向模式濾波器用以改善對高階橫向模式的抑制，使其能夠在單模式下高功率工作，設(shè)計方案如圖1所示。研究結(jié)果顯示，在腔長為4mm的情況下，功率為1W時效率為67％，功率為1.5W時效率為65％；在腔長為6mm的情況下，功率為2W時效率為59％，功率為2.5W時效率大于55％。若在前端面再增加25 μm的橫向波導(dǎo)寬度，可以在輸出功率為2.5 W時具備60％的效率，而光束質(zhì)量幾乎不受影響；并且在此情況，該脊形波導(dǎo)激光器仍擁有超過3000小時的使用壽命[1]。


圖1 橫向-縱向波導(dǎo)設(shè)計方案

2 發(fā)光二極管

    新墨西哥大學(xué)的Arman Rashidi等研究人員基于線性錐形波導(dǎo)設(shè)計在非極性m面GaN襯底上制備了新型超級發(fā)光二極管(SLD), 該SLD在30kA / cm2電流密度下可實現(xiàn)2.5 GHz的3dB調(diào)制帶寬，3D示意圖如圖2所示。研究人員解釋了調(diào)制帶寬行為隨電流密度和增益變化的物理原理，錐形波導(dǎo)設(shè)計有效地抑制了激光發(fā)射過程；該設(shè)計有助于降低SLD輸出面上的光功率密度，并通過引入反向傳播損耗來降低光反饋和提升在各種電流密度下的發(fā)光性能。研究表明，使用錐形波導(dǎo)設(shè)計具備在高電流密度下操作SLD而不發(fā)生激射的能力，厚非極性有源區(qū)的線性增益則有助于提高性能，線性錐度設(shè)計通過在空腔中引入用于后向傳播波的傳播損耗，還有助于在大電流密度范圍內(nèi)提升發(fā)光性能[2]。

圖2 新型超級發(fā)光二極管的3D示意圖

3光纖轉(zhuǎn)換器

    華中科技大學(xué)的Zhen Li等研究人員設(shè)計了一種基于反錐陣列的高效模式轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器由反錐形陣列、級聯(lián)y結(jié)和波導(dǎo)交叉以及控制模式轉(zhuǎn)換狀態(tài)的加熱器組成，如圖3所示。該轉(zhuǎn)換器具有直接模式耦合功能，在基本模式和一階模式下都可以直接進(jìn)行光纖和芯片耦合和轉(zhuǎn)換，無需額外的模式復(fù)用器/解復(fù)用器。研究表明，該轉(zhuǎn)換器能實現(xiàn)光纖與芯片之間通過直接耦合模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以避免多路復(fù)用(Mux)或多路分配(DeMux)過程中冗余模式的產(chǎn)生；而且，該轉(zhuǎn)換器的耦合效率高于−7dB，最佳模態(tài)串?dāng)_低于−15dB，且1dB帶寬大于100nm[3]。

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圖3 (a)轉(zhuǎn)換器示意圖 (b)模式纖維 (c)錐形波導(dǎo)管 (d)Y型結(jié)構(gòu)

4 激光調(diào)制器

    德國杜塞爾多夫華為技術(shù)有限公司研究中心的Ivan N. Cano等研究人員采用雙驅(qū)動常規(guī)電吸收激光調(diào)制器（EML）在O波段以25Gb /s速率傳輸光信號20km后實現(xiàn)了+7 dBm的輸出功率，同時保持了高消光比（≥9 dB）和高掩模余量，實驗裝置如圖4所示。研究人員分析了激光調(diào)制電吸收調(diào)制激光器（LM-EML），通過使用LM-EML對分布式EML的分布式反饋激光器（DFB）和EAM進(jìn)行幅度調(diào)制，從而減少EAM中的吸收飽和效應(yīng)。研究表明，LM-EML的接收器靈敏度對EAM偏置具有較高容忍度，指出掩模沖突是使用該器件實現(xiàn)更高輸出功率的主要限制。與傳統(tǒng)EML工作模式相比，使用LM-EML時，調(diào)制輸出功率增加了3dB，在MM≥10％的情況下光路損耗(OPP)可以忽略不計[4]。


圖4 實驗裝置

5 光纖傳感器

    印度技術(shù)學(xué)院的Akhilesh Kumar Pathak等研究人員設(shè)計了一種基于高靈敏度表面等離子體共振（SPR）的凹形折射傳感器（CSRIS）。該傳感器采用波長詢問模式工作，并配備凹形微流體通道（CSMFC）輔助銀納米線。波長詢問模式用于約束損耗和優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。凹形傳感器利用芯導(dǎo)模之間的SPR效應(yīng)測量分析物折射率的變化；SPR效應(yīng)效應(yīng)指存在p偏振光輻射情況下，導(dǎo)電電子將在金屬-電介質(zhì)界面處形成共振振蕩。該傳感器基于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖設(shè)計，在靠近光纖纖芯D形邊緣上有微通道，CSMFC恰好位于纖芯上方，剖面圖如圖5所示。研究表明，該傳感器對于折射率在1.33到1.38之間的光纖，具有1.073×10−5 RIU的高分辨率，其波長和振幅靈敏度值分別為9314.28 nm/RIU和1494 RIU−1[5]


圖5 凹形折射傳感器的剖面

參考文獻(xiàn)

[1] M. Wilkens et al., "Highly Efficient High-Brightness 970-nm Ridge Waveguide Lasers," in IEEE Photonics Technology Letters, 
vol. 32, no. 7, pp. 406-409, 1 April1, 2020.

[2] A. Rashidi et al., "High-Speed Nonpolar InGaN/GaN Superluminescent Diode With 2.5 GHz Modulation Bandwidth," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 7, pp. 383-386, 1 April1, 2020.

[3] Z. Li, Y. Lai, Y. Yu and X. Zhang, "Reconfigurable Fiber-Chip Mode Converter With Efficient Multi-Mode Coupling Function,"
 in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 7, pp. 371-374, 1 April1, 2020.

[4] I. N. Cano, D. Nesset and R. Brenot, "25-Gb/s Laser Modulated EML With High Output Power," in IEEE Photonics Technology Letters, 
vol. 32, no. 8, pp. 489-491, 15 April15, 2020.

[5] A. K. Pathak and V. K. Singh, "SPR Based Optical Fiber Refractive Index Sensor Using Silver Nanowire Assisted CSMFC," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 8, pp. 465-468, 15 April15, 2020.