光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊騏銘，于妮
8/25/2021，光纖在線訊，2021年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖射頻傳輸系統(tǒng)、片上硅偏振器、發(fā)光二極管、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和光纖通信系統(tǒng)等，筆者將逐一評析。

1、光纖射頻傳輸系統(tǒng)
上海交通大學(xué)的Qi Li等研究人員使用雙向頻分復(fù)用（FDM）傳播技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型光纖射頻（RF）傳輸方案。該方案在兩個傳輸方向上通過合理分配射頻信號頻率，有效抑制了后向散射噪聲的負(fù)面影響，解決了系統(tǒng)受最低性能限制的缺；并通過同一根光纖傳輸雙向光信號保證了在一個電信級信道內(nèi)雙向傳播信號的對稱性，原理如圖1所示。研究人員通過在120公里單模光纖（SMF）中傳輸0.9GHz射頻信號進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，0.9GHz信號穩(wěn)定傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站點(diǎn)后相對頻率穩(wěn)定性在1秒時約為2.2×10-14，在20,000秒時約為4.62×10-17。該方案支持在遠(yuǎn)程站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相位噪聲補(bǔ)償，并且能夠在分支光纖網(wǎng)絡(luò)上支持射頻信號傳輸[1]。



2、片上硅偏振器
浙江大學(xué)的Hongnan Xu等研究人員采用偏振選擇角鏡制備了一種具有高性能和高容錯率的新型片上硅偏振器。該器件利用波導(dǎo)角鏡的偏振選擇性支持在每個角鏡中實(shí)現(xiàn)完全反射入射光的TE模式，并能有效濾除入射光中的 TM 模式，其三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。研究人員將全內(nèi)反射（TIR）效應(yīng)與絕緣體上硅（SOI）波導(dǎo)本征強(qiáng)雙折射相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種新穎的偏振處理方案，相比較傳統(tǒng)片上偏振器而言獲得了更優(yōu)的最小特征尺寸和制造公差。研究表明，該片上硅偏振器具有ΔWwg=±50 nm 的寬度誤差容限值，有效面積約為80 μm，過量損耗（EL）小于1.2dB，消光比（ER）大于20dB，帶寬（BW）大于200 nm[2]。



3、發(fā)光二極管
華南理工大學(xué)的Zongtao Li等研究人員了設(shè)計(jì)了一種離心封裝 (CP) 結(jié)構(gòu)，用于提升發(fā)光二極管（LED）的光學(xué)效率和散熱性能。該結(jié)構(gòu)采用SBA-15 顆粒設(shè)計(jì)以促進(jìn)量子點(diǎn)（QD）的沉降和分散，并將SBA-QD粒子配置在靠近器件底部的位置，通過QD顆粒與尺寸較大（20-300μm）的SBA復(fù)合以實(shí)現(xiàn)沉降，CP結(jié)構(gòu)LED的制備原理如圖3所示。研究人員在不同電流下對一組CP結(jié)構(gòu)LED器件進(jìn)行了熱模擬研究，驗(yàn)證了CP結(jié)構(gòu)LED 光學(xué)效率和散熱性能的提升。研究表明，與均勻分布（UD）結(jié)構(gòu)LED相比較，CP結(jié)構(gòu)LED的輻射功率和光通量分別提升了9.1%和10.4%，最高工作溫度也降低了22.4%，并且CP結(jié)構(gòu)LED器件的表面溫度在100mA工作電流下從41.8℃降低到了34.4℃[3]。



4、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器
上海交通大學(xué)的Guangshuo Cao等研究人員采用摻鉺光纖放大器（EDFA）設(shè)計(jì)了一種16.8 Tb/s放大自發(fā)輻射（ASE）真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（TRNG）。該TRNG采用陣列波導(dǎo)光柵（AWG）將ASE光譜分成42個平行通道，并使用偏振分束器（PBS）將ASE拆分為兩個正交偏振組件，以增強(qiáng)和保證ASE的真實(shí)隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。研究人員在兩個正交極化分量上通過數(shù)字信號處理（DSP）過程將ASE信號從Gamma分布轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍植�，并通過高采樣率和多位二進(jìn)制提取實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)性增強(qiáng)和隨機(jī)數(shù)生成速率（RNGR）提升。研究表明，該TRNG單通道RNGR為400Gb/s，全ASE光譜RNGR為16.8Tb/s，并且TRNG生成序列的隨機(jī)性通過了美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 測試[4]。



5、光纖通信系統(tǒng)
美國堪薩斯大學(xué)的Rongqing Hui等研究人員針對光纖通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一種評估光載波內(nèi)光信噪比（OSNR）的方案；該方案采用含數(shù)字信號處理（DSP）過程的商用相干光收發(fā)器，并通過數(shù)字偏振解復(fù)用和偏振歸零過程提取了光信號中的噪聲，并測量了帶內(nèi)放大器自發(fā)輻射（ASE）噪聲頻譜的斜率。研究人員利用一個含線性噪聲負(fù)載的光纖通信系統(tǒng)對該方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測量了發(fā)射器和接收器中的噪聲并驗(yàn)證了將噪聲分析從 OSNR 評估中去除的過程，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。研究表明，該方案支持測量光噪聲頻譜形態(tài)，并可評估光信號帶內(nèi)噪聲的頻譜斜率[5]。



參考文獻(xiàn)
[1] Q. Li, L. Hu, J. Zhang, J. Chen and G. Wu, "Fiber Radio Frequency Transfer Using Bidirectional Frequency Division Multiplexing Dissemination," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 13, pp. 660-663, 1 July1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3086299.
[2] H. Xu, D. Dai and Y. Shi, "Fabrication-Friendly On-Chip Silicon Polarizer Based on Polarization-Selective Corner Mirrors," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 13, pp. 652-655, 1 July1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3085834.
[3] Z. Li, J. Zheng, J. Li, W. Zhan and Y. Chen, "Enhanced Optical and Thermal Performance of QD White LEDs Using a Centrifugation Packaging Structure," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 727-730, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3090058.
[4] G. Cao, L. Zhang, X. Huang, W. Hu and X. Yang, "16.8 Tb/s True Random Number Generator Based on Amplified Spontaneous Emission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 699-702, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3088156.
[5] R. Hui, C. Laperle, D. Charlton and M. O’Sullivan, "Estimating System OSNR With a Digital Coherent Transceiver," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 743-746, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3091390.