光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊杰

    8/19/2020，光纖在線訊，2020年7月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括硅光子學(xué)、集成光電子學(xué)、調(diào)制技術(shù)、光纖通信技術(shù)、光纖激光器等。筆者將逐一評析。

硅光子學(xué)
中國西北大學(xué)的Bokun Zhou等研究人員設(shè)計(jì)了一種高速電光調(diào)制器，該器件采用了銦錫氧化物（ITO），氧化銦（In2O3）等透明導(dǎo)電氧化物（TCO）材料。TCO具有較高等離子體分散特性和ε-接近零（ENZ）效應(yīng)，可以在較寬的光學(xué)帶寬上產(chǎn)生光強(qiáng)電吸收（EA）現(xiàn)象；基于以上特性能設(shè)計(jì)出小尺寸及高速率的電光調(diào)制器。研究人員表征了由Au / ITO /氧化物/ p-Si電容器組成的電光調(diào)制結(jié)構(gòu)，并驗(yàn)證了ITO性能受工藝條件的影響特性，演示了由ITO驅(qū)動(dòng)的混合等離子體硅光調(diào)制器，如圖1所示。通過優(yōu)化器件布局并調(diào)整柵極層厚度，電容可減小至100fF，串聯(lián)電阻保持在500Ω。8μm長的EA調(diào)制器的消光比（ER）達(dá)到3.2dB，電壓擺幅僅為2V，能量效率為100fJ。研究結(jié)果表明，使用遷移率更高的TCO材料代替ITO，3μm長器件就能實(shí)現(xiàn)40 GHz調(diào)制帶寬和0.4 fJ/bit的能量效率[1]。

圖1調(diào)制器示意圖

集成光子學(xué)
美國麻省理工學(xué)院的Shaoliang Yu等研究人員設(shè)計(jì)了一種采用微細(xì)加工自由曲面的光學(xué)反射器耦合方案，如圖2所示；該方案不同于通過兩器件的直接對接耦合或優(yōu)化衍射光柵進(jìn)行耦合，而是使用自由曲面反射器同時(shí)實(shí)現(xiàn)了光束重定向和整形(用于模式匹配)的功能，并可以廣泛地適用于光子芯片、光纖和自由空間表面入射器件之間的耦合。研究結(jié)果表明，該方案滿足了光學(xué)接口的關(guān)鍵性能要求，具有極低的耦合損耗(每個(gè)耦合器0.2-0.3dB)、超大帶寬(超過半倍頻程)、高密度和可調(diào)整的對準(zhǔn)誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，波導(dǎo)到光纖的耦合過程中只存在0.9dB的低插入損耗(IL)[2]。

圖2 光學(xué)反射器的耦合方案
調(diào)制技術(shù)
中國中山大學(xué)的Zibin Li等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型頻分復(fù)用(DFT-S SEFDM)系統(tǒng)，如圖3所示。研究人員在光強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(IM-DD)系統(tǒng)中采用DFT-S技術(shù)降低了信號的峰均功率比(PAPR)；同時(shí)采用對數(shù)最大后驗(yàn)(log-MAP)維特比(Viterbi)算法和級聯(lián)二進(jìn)制相移鍵控迭代檢測(CBID)算法，改進(jìn)了DFT-S SEFDM系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DFT-S SEFDM比傳統(tǒng)方案有更低的峰均比性能；在2 km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SSMF)傳輸后，可以獲得超過10 Gb/s的凈數(shù)據(jù)速率，并且DFT-S SEFDM對帶寬限制有較高容忍度。研究結(jié)果表明：DFT-S SEFDM在C波段系統(tǒng)中有應(yīng)用優(yōu)勢，且能減輕色散引起的功率衰落[3]效應(yīng)。

圖3 SSMF傳輸DFT-S SEFDM信號的實(shí)驗(yàn)裝置

光纖通信技術(shù)
英國伯明翰阿斯頓大學(xué)的Morteza Kamalian-Kopae等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于全頻譜周期非線性傅立葉變換(NFT)的光纖通信系統(tǒng)，如圖4所示。研究人員通過控制非線性頻譜，并對兩個(gè)定性不同的分量進(jìn)行操作（頻譜和相位），設(shè)計(jì)了適合信道傳輸特性的時(shí)域信號。設(shè)計(jì)核心思路是基于RHP進(jìn)行信號處理，從調(diào)制非線性頻譜生成時(shí)域信號考慮完成并行信號樣本的處理。研究人員還提出了一種使用RHP公式獲得精確周期信號的方法，還闡明了如何調(diào)制單周期非線性模態(tài)相位。通過數(shù)值模擬仿真，研究人員從誤碼率和Q因子對傳輸系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評估，證明了該系統(tǒng)有潛在應(yīng)用前景[4]。 

圖4 于全頻譜周期非線性傅立葉變換(NFT)的光纖通信系統(tǒng)

光纖激光器
中國國防科技大學(xué)的Jun Ye等研究人員對磷硅酸鹽隨機(jī)光纖激光器的極值頻移過程進(jìn)行了研究，分析了泵浦波長和帶寬對磷硅酸鹽RFL激光性能的影響，并測量了相關(guān)拉曼增益峰的極大頻移。他們使用修正的功率平衡模型，定性模擬了泵浦光譜和邊界條件對光輸出的影響；數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，也解釋了磷硅酸鹽射頻激光器中的寄生振蕩現(xiàn)象。研究結(jié)果表明，磷硅酸鹽射頻激光器的極大頻移值為～1THz，如圖5所示；通過優(yōu)化泵浦波長和泵浦帶寬，可在1237nm處以33.1W輸出功率獲得99.24％的高光譜純度隨機(jī)激光[5]。

圖5實(shí)驗(yàn)裝置以及拉曼增益分布
參考文獻(xiàn)
[1] B. Zhou, E. Li, Y. Bo and A. X. Wang, "High-Speed Plasmonic-Silicon 
Modulator Driven by Epsilon-Near-zero Conductive Oxide," in Journal 
of Lightwave Technology, vol. 38, no. 13, pp. 3338-3345, 1 July1, 2020, 
doi: 10.1109/JLT.2020.2979192.
[2] S. Yu, H. Zuo, X. Sun, J. Liu, T. Gu and J. Hu, "Optical Free-Form Couplers for
 High-density Integrated Photonics (OFFCHIP): A Universal Optical Interface," in 
Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 13, pp. 3358-3365, 1 July1, 2020, 
doi: 10.1109/JLT.2020.2971724.
[3] Z. Li et al., "DFT Spread Spectrally Efficient Frequency Division Multiplexing for 
IM-DD Transmission in C-Band," in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 
13, pp. 3526-3532, 1 July1, 2020, doi: 10.1109/JLT.2019.2950040.
[4] M. Kamalian-Kopae, A. Vasylchenkova, D. Shepelsky, J. E. Prilepsky and S. K. 
Turitsyn, "Full-Spectrum Periodic Nonlinear Fourier Transform Optical 
Communication Through Solving the Riemann-Hilbert Problem," in Journal of 
Lightwave Technology, vol. 38, no. 14, pp. 3602-3615, 15 July15, 2020, doi: 
10.1109/JLT.2020.2979322.
[5] J. Ye et al., "Investigations on the Extreme Frequency Shift of Phosphosilicate 
Random Fiber Laser," in Journal of Lightwave Technology, vol. 38, no. 14, pp. 
3737-3744, 15 July15, 2020, doi: 10.1109/JLT.2020.2977389.