8/31/2022，光纖在線訊，光線在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，于妮，田青，伊林芳，楊騏銘，左仁杰，陳鵬，劉栓凡，李彥霖，袁杰，李沖。

2022年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光學(xué)傳感器、頻譜分析系統(tǒng)、激光器、光載無(wú)線通信、水下無(wú)線光通信等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光學(xué)傳感器
武漢理工大學(xué)Jiadong Hou等研究人員設(shè)計(jì)了一種采用聚酰亞胺（PI）摻雜石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）的新型光纖布拉格光柵（FBG）濕度傳感器，如圖1所示。研究人員研究了該器件的靈敏度、線性度和穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)；同時(shí)分析了GQDs摻雜量對(duì)傳感器性能的影響[1]。研究結(jié)果表明，在25℃、相對(duì)濕度（RH）為10~90%、摻雜0、0.1、0.2和0.3wt.%GQDs時(shí)傳感器具有良好的線性度，靈敏度分別為1.65、2.68、3.24、3.26pm/%；當(dāng)GQDs的摻雜量為0.2%時(shí)，F(xiàn)BG濕度傳感器靈敏度可提高96.36%。毫無(wú)疑問(wèn)，該方案顯著提高了特種濕度傳感器的靈敏度，將在諸多工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。



2、頻譜分析系統(tǒng)
杭州電子科技大學(xué)Bo Yang等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于實(shí)時(shí)傅里葉變換和反變換時(shí)域Talbot效應(yīng)（ RTFT/ITTE ）的動(dòng)態(tài)波形頻譜分析系統(tǒng)，如圖2所示。研究人員將射頻信號(hào)的光譜信息映射到時(shí)域，通過(guò)ITTE放大輸出脈沖的周期以提高光譜分辨率，并在每組采樣脈沖序列中實(shí)施二次相位調(diào)制，采用可調(diào)諧光延遲線（TODL）實(shí)現(xiàn)脈沖串與相位調(diào)制信號(hào)的同步性[2]。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效提高頻譜分辨率，可為實(shí)時(shí)捕獲帶寬在GHz和納秒級(jí)的連續(xù)頻譜的動(dòng)態(tài)射頻信號(hào)提供技術(shù)支持。



3、激光器
中山大學(xué)Qiurun He等研究人員設(shè)計(jì)了一種脈沖寬度小于200ps的Nd：YAG/Cr：YAG微芯片激光器（MCLs）（主要采用短光學(xué)長(zhǎng)度（lopt）、低反射率輸出耦合鏡 （Roc）、低初始透過(guò)率（T0）和速率方程的數(shù)值模型進(jìn)行設(shè)計(jì)），如圖3所示。研究人員對(duì)抽頭為4.55mm、Roc和T0均為30%的1mm Nd：YAG和 1.5 mm Cr：YAG組成的MCLs進(jìn)行了研究[3]；結(jié)果表明，該器件支持生成持續(xù)時(shí)間為153ps、脈沖寬度為150ps、能量為18μJ、頻率為4.5kHz的1064nm激光脈沖，且當(dāng)M2=1.15時(shí)光束質(zhì)量良好。綜上所述，該器件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良，將在微機(jī)械加工、醫(yī)學(xué)手術(shù)等諸多應(yīng)用領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。



費(fèi)迪南德布勞恩研究所的Christoph Pyrlik等研究人設(shè)計(jì)了一種發(fā)射波長(zhǎng)為689.449nm的分布式布拉格反射（DBR）半導(dǎo)體激光器，如圖4所示，以優(yōu)化原子束和鍶晶格鐘的相關(guān)工作性能。研究結(jié)果表明，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)了高達(dá)88mW的光輸出功率，在100μs的測(cè)量時(shí)間內(nèi)將半峰全寬（FWHM）線寬值降低到了0.4MHz[4]。由此可得，DBRs有望應(yīng)用于鍶鐘制備，而DBR半導(dǎo)體激光器具有高效率、占用空間小以及可調(diào)諧性等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)還可能用于量子技術(shù)新應(yīng)用領(lǐng)域。



4、光載無(wú)線通信
法國(guó)布列斯特國(guó)立工業(yè)大學(xué)Romildo H. Souza等研究人員設(shè)計(jì)了一種具有光纖電能傳輸（PoF）功能的雙向光載無(wú)線（RoF）通信系統(tǒng)，用于光學(xué)饋入遠(yuǎn)程傳感器傳輸來(lái)自遠(yuǎn)程天線的射頻信號(hào)，如圖5所示。研究人員采用拉曼激光器產(chǎn)生光波，在2~8GHz的頻率范圍內(nèi)針對(duì)不同的泵浦功率，從射頻增益、噪聲系數(shù)（NF）和無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）三個(gè)方面進(jìn)行了研究[5]；結(jié)果表明：當(dāng)泵浦功率為33dBm時(shí)，射頻增益、NF增益和SFDR增益分別提高了9.3dB、12dB和10dB。因此，該方案能夠在傳輸和處理射頻信號(hào)的同時(shí)提供遠(yuǎn)程傳感器，在提供足夠的能量給遠(yuǎn)程設(shè)備供電的同時(shí)還能顯著提高鏈路的傳輸性能。



5、水下無(wú)線光通信
日本東京大學(xué)的Yang Weng等研究人員結(jié)合水下視距（LOS）鏈路的對(duì)準(zhǔn)方案設(shè)計(jì)了一種將移動(dòng)平臺(tái)與指向、捕獲和跟蹤（PAT）系統(tǒng)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方案，如圖6所示。他們采用傳感器套件（包括壓力傳感器、超短基線（SSBL）聲學(xué)系統(tǒng)、多普勒速度測(cè)井（DVL）和光纖陀螺（FOG））在移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)模型中識(shí)別指向誤差，并將該方法應(yīng)用于自主水下航行器（AUV）Tri-TON和自主水面飛行器（ASV）BUTTORI上進(jìn)行海洋實(shí)驗(yàn)[6]。研究結(jié)果表明，該方法可以有效測(cè)量由環(huán)境因素引起的指向誤差，并支持通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)動(dòng)性來(lái)限制誤差增量。綜上可知，該方案的估計(jì)結(jié)果可與PAT系統(tǒng)和平臺(tái)控制單元共享，提高相關(guān)鏈路的工作穩(wěn)定性，具有較好的應(yīng)用潛力。



參考文獻(xiàn)
[1]J. Hou, J. Dai, F. Zhang and M. Yang, "Advanced Fiber-Optic Relative Humidity Sensor Based on Graphene Quantum Dots Doped Polyimide Coating," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 14, pp. 725-728, 15 July15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3181756.
[2]B. Yang, F. Wu, S. Yang, Y. Zhai and J. Ou, "Resolution-Enhanced Dynamic Waveform Spectral Analysis Based on the Inverse Temporal Talbot Effect," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 14, pp. 749-752, 15 July15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3185635.
[3]Q. He, B. Zhang and Z. Jiao, "Short-Pulse Nd:YAG/Cr:YAG Microchip Laser With Pulse Duration of < 200 ps," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 14, pp. 717-720, 15 July15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3183024.
[4]C. Pyrlik et al., "High Power Distributed Bragg Reflector Lasers at 689.45 nm for Quantum Technology Applications," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 13, pp. 679-682, 1 July1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3139433.
[5]R. H. Souza et al., "Performance of an Optically Powered Radio-Over-Fiber System Exploiting Raman Amplification," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 13, pp. 667-670, 1 July1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3181899.
[6]Y. Weng, T. Matsuda, Y. Sekimori, J. Pajarinen, J. Peters and T. Maki, "Pointing Error Control of Underwater Wireless Optical Communication on Mobile Platform," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 13, pp. 699-702, 1 July1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3181336.