光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊騏銘，于妮
8/09/2021，光纖在線訊，2021年4月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖激光器、自混頻干涉儀、無線光通信系統(tǒng)、濾波器和應(yīng)變傳感器等，筆者將逐一評析。

1、光纖激光器

    華南理工大學(xué)的Xu Cen等研究人員采用1.8厘米摻Tm3+鍺酸鹽光纖（TGF）設(shè)計了一種工作波長為1727 nm的分布式布拉格反射（DBR）單頻光纖激光器（SFFL）。該激光器利用1610 nm光纖激光器帶內(nèi)泵浦，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的單縱模激光輸出，輸出功率為12.4 mW，斜率效率為4.81％，SNR大于60 dB，結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。研究人員采用高反射光纖光柵（HR-FBG）和保偏部分反射光纖光柵（PM-FBG）構(gòu)造了TGF，并通過保偏隔離器（PM-ISO）分離了背反射激光。研究表明，SFFL適用于高分辨率分子光譜光學(xué)相干層析成像和甲烷氣體檢測的應(yīng)用；在超過10 MHz頻率下，測得SFFL的相對強(qiáng)度噪聲為130 dB/Hz，激光線寬為8.6 kHz[1]。



圖1 SFFL結(jié)構(gòu)原理 

2、干涉儀

南京師范大學(xué)的Zhongjie Shen等研究人員設(shè)計了一種具有反射型二維（2D）光柵的新型激光自混頻干涉儀（SMI）。該SMI由三個He-Ne激光器、一個間距為1 μm的反射型2D光柵和兩個相互垂直的矢量光柵組成，結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。三個激光器發(fā)出的光束入射到含自準(zhǔn)直衍射角的2D反射光柵上，衍射光束沿著原始路徑返回到激光器中，從而在激光器中產(chǎn)生自混頻干涉效應(yīng)。研究人員在該SMI中采用相位調(diào)制技術(shù)獲得了更高的測量分辨率，并利用衍射光柵實(shí)現(xiàn)了同時測量X，Y和Z方向的位移。研究表明，該SMI能檢測納米級分辨率的3D動態(tài)位移，還能檢測2D平面內(nèi)（IP）位移和1D平面外（OP）位移[2]。


圖2 SMI結(jié)構(gòu)原理

3、無線光通信系統(tǒng)

國立臺灣科技大學(xué)的Hsi-Hsir Chou等研究人員設(shè)計了一種支持自由空間配置的可調(diào)波長自注入鎖定（SIL）系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于非對稱雙向光無線通信（B-OWC）系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)制反射器（MRR）的上行鏈路傳輸過程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。研究人員對系統(tǒng)中接入節(jié)點(diǎn)（AN）到終端用戶（TU）的傳輸進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了AN任意控制每個TU的波長和帶寬過程，提高了系統(tǒng)性能并解決了波長爭用問題。研究表明，該系統(tǒng)可以動態(tài)調(diào)整波長和調(diào)制帶寬，在低噪聲和高功率配置下實(shí)現(xiàn)上行鏈路傳輸，延長了傳輸距離。測試結(jié)果證明：上行鏈路傳輸數(shù)據(jù)速率超過2 Gbits/s，Q因子超過前向糾錯限制，功率增益為34.51 dB[3]。




圖3 SIL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4、濾波器

北京交通大學(xué)的Min Tang等研究人員設(shè)計了一種應(yīng)用傾斜光纖布拉格光柵（TFBGs）的窄帶寬少模法布里珀羅（FP）濾波器。該FP濾波器采用具有環(huán)芯結(jié)構(gòu)的少模光纖制備，兩個TFBGs用作FP腔和模式轉(zhuǎn)換器中的反射鏡，結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。研究人員對FP濾波器中TFBGs的不同傾斜角度進(jìn)行了研究。研究表明，傾斜角度為0。時，F(xiàn)P濾波器可以用作具有窄帶寬特性的模式和波長選擇器；傾斜角度為2。時， FP濾波器在反向傳播方向上特定波長處能實(shí)現(xiàn)矢量模式的有效轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)基于單模光纖光柵的FP濾波器相比，該FP濾波器具有大波長工作范圍，能實(shí)現(xiàn)模式和波長選擇以及模式轉(zhuǎn)換等 [4]。



圖4 FP濾波器結(jié)構(gòu)

5、應(yīng)變傳感器

西北大學(xué)的Ji Liu等研究人員設(shè)計了一種應(yīng)用兩臂游標(biāo)效應(yīng)的新型靈敏度增強(qiáng)型應(yīng)變傳感器。該傳感器通過將兩個法布里佩羅干涉儀（FPI）以交叉配置的形式安裝在菱形金屬框架上，并采用3 dB耦合器連接在一起，裝置原理如圖5所示。研究人員應(yīng)用COMSOL軟件中有限元方案對金屬框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使該傳感器具有比傳統(tǒng)傳感器更大的放大系數(shù)M。研究表明，M值隨金屬框架角度的減小而增大；當(dāng)角度小于臨界值時，垂直軸收縮和預(yù)緊力釋放將導(dǎo)致M值急劇減小至固定值；當(dāng)菱形角度為60°時，該傳感器M值為26.6，是同類配置傳感器的4倍，但自由光譜范圍（FSR）不變[5]。



圖5 應(yīng)變傳感器裝置

參考文獻(xiàn)

[1]      X. Cen et al., "Short-Wavelength, in-Band-Pumped Single- Frequency DBR Tm3+-Doped Germanate Fiber Laser at 1.7 μm," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 7, pp. 350-353, 1 April1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3056047.

[2]      Z. Shen, D. Guo, H. Zhao, W. Xia, H. Hao and M. Wang, "Laser Self-Mixing Interferometer for Three-Dimensional Dynamic 
Displacement Sensing," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 7, pp. 331-334, 1 April1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3062287.

[3]      H. -H. Chou and W. -T. Huang, "Wavelength Tunable Asymmetric B-OWC System Based on Self-Injection Locking for TDM-PONs," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 7, pp. 370-372, 1 April1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3064650.

[4]      M. Tang et al., "Tilted Fiber Bragg Grating-Based Few-Mode Fabry-Perot Filter for Mode Conversion," in IEEE Photonics 
Technology Letters, vol. 33, no. 8, pp. 407-410, 15 April15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3067165.

[5]      J. Liu, P. Nan, Q. Tian, X. Sun, H. Yang and H. Yang, "Sensitivity Enhanced Strain Sensor Based on Two-Arm Vernier Effect," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 8, pp. 375-378, 15 April15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3062720.