11/21/2022，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，陳鵬，李彥霖，李沖，左仁杰，劉栓凡，袁杰，柳海楠，楊林婕，陳超，胡文光，李文臣。

2022年10月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光生毫米波系統(tǒng)、電光調(diào)制器、干涉儀、光子集成電路、自由空間光通信等，筆者將逐一評析。

1、光生毫米波系統(tǒng)
希臘雅典國家技術(shù)大學(xué)的Efstathios Andrianopoulos等研究人員設(shè)計(jì)了一種集成光頻梳（OFC）和可調(diào)諧雙分布式布拉格反射型（DBR）激光器來生成毫米波信號的新型系統(tǒng)，其中通過光束整形網(wǎng)絡(luò)（OBFN）對該信號進(jìn)行了進(jìn)一步處理，如圖1所示。該系統(tǒng)應(yīng)用正交相移鍵控（QPSK）和16階正交振幅調(diào)制（16QAM）調(diào)制方式中產(chǎn)生了中心頻率39 GHz、60 GHz附近的毫米波信號，并比較了背靠背（B2B）情形下和信號經(jīng)25公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）傳輸后的誤差向量幅度（EVM）值[1]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在較高的接收光功率（ROP）下，16QAM信號比QPSK信號表現(xiàn)出更高的EVM值；但隨著ROP值的降低，EVM值的斜率變小，且最終收斂到較小值。該系統(tǒng)中，所有QPSK信號都可以進(jìn)行無差錯(cuò)傳輸；而對于16QAM信號，在39 GHz和60 GHz情況下測量到的最高EVM值分別為8.1 %和11.8 %。上述研究方案在一定程度上為5G時(shí)代中毫米波信號的產(chǎn)生和傳輸應(yīng)用發(fā)展提供了新思路。



2、電光調(diào)制器
加拿大蒙特利爾麥吉爾大學(xué)的Md Samiul Alam等研究人員設(shè)計(jì)了在強(qiáng)度調(diào)制直接檢測（IMDD）系統(tǒng)中采用薄膜鈮酸鋰調(diào)制器（TFLN）使實(shí)現(xiàn)超高速信號調(diào)制的系統(tǒng)，如圖2所示。研究人員采用該器件（6dB帶寬值為95GHz、半波電壓值為1.5V）在背對背系統(tǒng)和500米標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中傳輸308Gbps速率的 PAM6信號時(shí)，可實(shí)現(xiàn)在硬判決糾錯(cuò)編解碼（HD-FEC）開銷低于6.7%（誤碼率容限值為3.8x10-3）；傳輸360Gbps的 PAM-8信號時(shí)，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化通用互信息（NGMI）0.8798的閾值和軟判決糾錯(cuò)編解碼（SD-FEC）19.02%的開銷 [2]。上述結(jié)果表明高帶寬、低損耗和低半波電壓的該器件未來有望在實(shí)現(xiàn)300G+短距離高速信息互連中應(yīng)用。



3、干涉儀
中國計(jì)量大學(xué)的J. W. Gao等研究人員基于一對多列衍射光柵設(shè)計(jì)了一種用于應(yīng)變和折射率傳感的光纖同軸馬赫曾德爾干涉儀，如圖3所示。其應(yīng)用原理是纖芯中傳播的部分光通過第一組多列衍射光柵衍射到包層，然后在包層-空氣界面反射后由第二組多列光柵引導(dǎo)回纖芯，剩余光繼續(xù)沿纖芯傳輸，最后兩部分光在纖芯中重新形成干涉[3]。研究結(jié)果表明，通過控制兩組多列衍射光柵分離能獲得不同自由光譜范圍的透射光，應(yīng)變靈敏度和折射率靈敏度分別可達(dá)-1.43pm/με和363.41nm/RIU。因?yàn)樵撈骷�尺寸小，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，操作方便，因此在未來光子學(xué)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中極具發(fā)展?jié)摿Α?



浙江大學(xué)的Siwei Tao等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用毛細(xì)管半透鏡的X射線光柵干涉儀，以實(shí)現(xiàn)X射線相襯成像（XPCI），如圖4所示（選用40kV，60mA 鉬靶X射線管作為X射線源且在射線源的斑點(diǎn)后90mm處放置一個(gè)毛細(xì)管半透鏡）。研究人員使用毛細(xì)管半透鏡的目的是減少成像時(shí)間和提升重建圖像質(zhì)量。他們在相同的曝光時(shí)間下對樣本測試并比較該干涉儀與傳統(tǒng)X射線光柵干涉儀的對比度噪聲比（CNR）[4]。結(jié)果表明：毛細(xì)管半透鏡可以極大程度提升重建圖像在感興趣區(qū)域（ROI）的CNR。因?yàn)樵赬PCI中引入毛細(xì)管半透鏡有利于減少X射線相襯計(jì)算機(jī)斷層成像（CT）時(shí)間，并提高重建圖像的CNR和避免非ROI中的額外輻射， 因此該方案有可能在XPCI中得以實(shí)際應(yīng)用。



4、光子集成電路
浙江大學(xué)的Qi Chen等研究人員采用支持C波段工作的單片集成V腔激光器和行波MZ調(diào)制器設(shè)計(jì)了一種寬調(diào)諧光發(fā)射方案[5]，如圖5所示。他們采用量子阱混合（QWI）方式將V腔激光器、MZ調(diào)制器、半導(dǎo)體光放大器（SOA）和無源器件集成在單個(gè)外延晶片上，并研究了相關(guān)特性。結(jié)果表明：長度600 μm的 MZ調(diào)制器在量子限制斯塔克效應(yīng)（QCSE）下，可以實(shí)現(xiàn)5.5 V的低半波電壓和大于14dB的靜態(tài)消光比，3dB帶寬值為14.2 GHz；如果進(jìn)一步優(yōu)化半絕緣襯底晶圓上的器件結(jié)構(gòu)和本征區(qū)厚度，理論上可實(shí)現(xiàn)超過40GHz的3dB帶寬；該器件在邊模抑制比（SMSR）45dB時(shí)可支持波長從1513nm到1565nm的可調(diào)諧范圍。綜上所述，由于該器件尺寸緊湊、制備簡單并具備一定的性能優(yōu)勢，因此在5G移動通信系統(tǒng)和寬帶接入網(wǎng)絡(luò)等成本敏感的通信領(lǐng)域中具有應(yīng)用前景。



5、自由空間光通信
日本NTT接入網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的Rintaro Harada等研究人員設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)光束發(fā)散控制方法，用于提高FSO系統(tǒng)中的信號傳輸距離[6]，如圖6所示。因?yàn)樵谳^短傳輸距離處光束半徑未大幅擴(kuò)展，隨著FSO鏈路中信號傳輸距離的縮減，信號接收性能漸趨劣化；為分析自適應(yīng)波束控制過程，研究人員分析FSO系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)移動速度來評估所需的波束發(fā)散角。結(jié)果表明：當(dāng)節(jié)點(diǎn)以高于100 km/h速度移動時(shí)， 與采用固定波束發(fā)散傳統(tǒng)方法相比，F(xiàn)SO鏈路最小有效距離為5 m。上述方法還可以應(yīng)用在光束發(fā)散角可行范圍為0.4-6 mrad內(nèi)實(shí)現(xiàn)光束發(fā)散角的可行控制間隔時(shí)間為7ms，因此該方法在未來自由空間光通信高速信號傳輸領(lǐng)域?qū)⒂袧撛诘膽?yīng)用價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1]E. Andrianopoulos et al., "Optical Generation and Transmission of mmWave Signals in 5G ERA: Experimental Evaluation Paradigm," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 19, pp.1011-1014, 1 Oct.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3196632.
[2]Alam M S, Berikaa E, Plant D V. Net 350 Gbps/λ IMDD transmission enabled by high bandwidth thin-film lithium niobate MZM[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(19): 1003-1006.
[3]Gao J W, Xia Q K, Wang D N. Fiber In-Line Mach-Zehnder Interferometer Based on a Pair of Optical Fiber Diffraction Gratings[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(20): 1096-1099. 
[4]S. Tao et al., "Grating-Based X-Ray Phase Contrast Imaging With a Polycapillary Semilens," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 20, pp. 1104-1107, 15 Oct.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3203012.
[5]Q. Chen, Z. Wang, J. Zhao, J. Meng, G. Song and J. -J. He, "Tunable V-Cavity Laser Monolithically Integrated With Traveling Wave Mach-Zehnder Modulator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 19,pp.1046-1049,1Oct.1,2022,doi: 10.1109/LPT.2022.3198520.
[6]R. Harada, N. Shibata, S. Kaneko, T. Imai, J. -I. Kani and T. Yoshida, "Adaptive Beam Divergence for Expanding Range of Link Distance in FSO With Moving Nodes Toward 6G," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 20, pp. 1061-1064, 15 Oct.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3199789.