9/28/2021，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊騏銘，于妮

    2021年8月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、光電振蕩器、發(fā)光二極管和光電探測器等，筆者將逐一評析。

1、光纖監(jiān)控系統(tǒng)
        韓國電信公司的Myeonggyun Kye等研究人員采用配備光學(xué)旋轉(zhuǎn)開關(guān)的多通道分布式聲學(xué)傳感（DAS）設(shè)計了一種光纖監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單脈沖發(fā)生器和光接收器通過切換詢問器和多根被測光纖之間的連接來采集振動信號樣本，并通過兩階段監(jiān)測過程來確定采集到的振動樣本是否對光纖路線存在威脅，系統(tǒng)裝置如圖1所示。研究人員采用一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對振動信號實施第一次監(jiān)測，并采用二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對一階段判斷為威脅的振動信號再次監(jiān)測。研究表明，該系統(tǒng)通過兩階段監(jiān)測過程可以有效減少多根光纖傳輸信號的質(zhì)量分析時間，其中一維監(jiān)測過程的準(zhǔn)確率為94.5%，二維監(jiān)測過程的準(zhǔn)確率為98.2%[1]。



2、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
        荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)的Shaojuan Zhang等研究人員采用無源衍射光柵和快速可調(diào)諧收發(fā)器設(shè)計了一種新型可擴(kuò)展和快速切換的光無線數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（DCN）系統(tǒng)。該DCN劃分為N個集群，每個集群包含N個機(jī)架，每個機(jī)架中的服務(wù)器通過架頂式交換機(jī)互連可實現(xiàn)最多兩跳通信，結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。研究人員采用不同調(diào)制格式（NRZ-OOK 和 PAM4）的信號實驗評估了不同架構(gòu)DCN的操作、傳輸性能和可擴(kuò)展性，并驗證了光譜帶寬為1nm 的32×32架構(gòu)DCN可行性。研究表明，8×8架構(gòu)的DCN應(yīng)用20Gbit/s OOK信號無誤差傳輸時功率損失僅比背對背情況傳輸多1dB；16×16架構(gòu)DCN進(jìn)行16Gbit/s PAM4信號無誤差傳輸時誤碼率低于2×10−3[2]。



3、光電振蕩器
        中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的Yaobin Li等研究人員采用集成雙向耦合（IMC） 分布式反饋（DFB）激光器制備了一種可調(diào)諧寬帶光電振蕩器（OEO）。該OEO由光反饋回路（O-Loop）和光電反饋回路（OE-Loop）組成，通過在O-Loop和OE-Loop中使用不同長度的延遲光纖提高了生成射頻信號的邊模抑制比（SMSR），結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。研究人員采用IMC-DFB簡化了OEO結(jié)構(gòu)，并通過光學(xué)環(huán)路結(jié)構(gòu)降低了激光器線寬要求，提高了OE-Loop中光源的質(zhì)量。研究表明，通過使用IMC-DFB，該OEO實現(xiàn)了微波信號在24.9GHz到46.5GHz范圍內(nèi)調(diào)諧；在偏離24.9GHz載波10kHz時，該微波信號承載了低至為-117.61dBc/Hz的單邊帶（SSB）相位噪聲[3]。



4、發(fā)光二極管
        臺灣國立交通大學(xué)的Chung-Ping Huang等研究人員設(shè)計了一種具有側(cè)泵浦結(jié)構(gòu)的量子點（QD）發(fā)光二極管（LED），支持高效散熱以降低器件的工作溫度。該器件采用QD復(fù)合材料散布在LED芯片旁制備，通過上述處理可以極大改變LED封裝效率和熱分布，結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。研究人員通過倒裝LED芯片橫向反射額外光，從LED芯片側(cè)壁發(fā)射的藍(lán)色光子進(jìn)行激發(fā)，并在設(shè)備頂部放置擴(kuò)散板或濾色器以濾除藍(lán)色光子，從而獲得更加均勻的QD顏色。研究表明，側(cè)泵浦封裝LED可以減少量子點的使用，并且顏色轉(zhuǎn)換效率高達(dá)83%。在35mA的工作電流下，側(cè)泵封裝LED能夠?qū)崿F(xiàn)高效散熱過程，其片內(nèi)區(qū)域溫度從32.1°C降低到28.9°C[4]。



5、光電探測器
        比利時微電子研究中心的Sarvagya Dwivedi等研究人員在C波段制備了一種光輔助隧穿探測器（PATD），用于校準(zhǔn)光子集成電路（PIC）和監(jiān)測功率。該P(yáng)ATD由在2μm埋氧（BOX)）上淺刻蝕195 nm絕緣體硅（SOI）波導(dǎo)制成，其中強(qiáng)電場增強(qiáng)了亞帶隙入射光的光子輔助隧穿電流形成，截面如圖5所示。為確保硅和金屬電極之間低接觸電阻率，研究人員在距邊緣兩側(cè)約1.5μm的區(qū)域中分別摻雜了濃度為1020cm-3的P型或N型摻雜劑，并且實現(xiàn)了光學(xué)模式的低金屬吸收過程。研究表明，在5.7 V反向偏壓（雪崩條件）下，該P(yáng)ATD具有12A/W的高響應(yīng)率和1μA的暗電流[5]。



參考文獻(xiàn)
[1] M. Kye, S. -M. Lee, K. -M. Choi, Y. Lee and K. -Y. Park, "A Surveillance System of Fiber-Optic Cables With Multi-Channel DAS and CNN," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 15, pp. 753-756, 1 Aug.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3091145 .
[2] S. Zhang et al., "Feasibility Study of Optical Wireless Technology in Data Center Network," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 15, pp. 773-776, 1 Aug.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3095163.
[3] Y. Li et al., "Tunable Broadband Optoelectronic Oscillator Based on Integrated Mutually Coupled Distributed Feedback Lasers," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 15, pp. 769-772, 1 Aug.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3090680.
[4] C. -P. Huang et al., "A Side-Pumping Package Design for Hybrid-Quantum-Dot Light Emitting Diodes," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 16, pp. 804-807, 15 Aug.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3065841.
[5] S. Dwivedi et al., "All-Silicon Photodetectors for Photonic Integrated Circuit Calibration," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 16, pp. 836-839, 15 Aug.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3065222.