6/27/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，李沖，陳鵬，李彥霖，左仁杰，劉栓凡，袁杰，柳海楠，楊林婕，李文臣，陳超，胡文光。

2023年5月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光斑尺寸變換器、垂直腔發(fā)射激光器、光電測(cè)距傳感器、光纖激光器、二次諧波發(fā)射、強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)系統(tǒng)等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光斑尺寸變換器
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的Danyang Luo等研究人員設(shè)計(jì)了一種長度為1000μm、高度為1μm的垂直錐形光斑尺寸變換器（SSC），他們使用銦鎵砷化物/磷化銦（InGaAs/InP）半導(dǎo)體材料制作SSC，如圖1所示[1]。研究人員采用了一種可行的接觸式光刻技術(shù)制作SSC，并依據(jù)曝光劑量和殘留光刻膠厚度之間的關(guān)系來選擇適當(dāng)?shù)钠毓鈩┝慷啻委B加以形成光刻膠上的階梯形狀（使其通過熱重流形成斜坡）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該垂直錐形SSC提高了1dB的對(duì)準(zhǔn)容差；且水平對(duì)準(zhǔn)公差從±0.4μm提高到±3.0μm，垂直對(duì)準(zhǔn)公差從±0.4μm提高到±2.5μm；插入損耗從1.8dB降至了1.0dB。因?yàn)樯鲜龇椒�可�?yīng)用于制作各種大小的SSC，因此可廣泛應(yīng)用于光通信、物聯(lián)傳感、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。



2、垂直腔發(fā)射激光器
中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的Fansheng Meng等研究人員設(shè)計(jì)了808nm雙結(jié)和三結(jié)垂直腔發(fā)射激光器（VCSELs），如圖2所示；為改善808nm多結(jié)VCSELs的限流效果他們采用了多氧化物層設(shè)計(jì)，并比較了808nm單結(jié)、雙結(jié)和三結(jié)VCSELs的光電流-電壓特性[2]。研究結(jié)果表明，含兩個(gè)氧化物孔的雙結(jié)VCSELs在25℃工作時(shí)表現(xiàn)出高斜率效率（SE）值（2.32 W/ A），在10℃工作時(shí)SE峰值可達(dá)2.51W/A，雙結(jié)單個(gè)VCSEL發(fā)射極的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）為53.14%；三結(jié)VCSEL的SE峰值達(dá)到3.40W/A，單個(gè)VCSEL發(fā)射極的PCE為53.02%；在窄脈沖測(cè)試條件（400Hz，60ns脈寬）注入電流80A時(shí)，雙結(jié)和三結(jié)VCSEL陣列的峰值輸出功率分別為216.11W和325.77W。因?yàn)樯鲜鎏攸c(diǎn)，改類高性能多結(jié)808nm VCSELs在固體激光器和醫(yī)美光學(xué)領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。



3、光電測(cè)距傳感器
復(fù)旦大學(xué)的Hengwei Yu等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型光電測(cè)距傳感器，該傳器件采用單光子雪崩二極管（SPADs）陣列集成dToF片上系統(tǒng)芯片制備，如圖3所示，其中包含可配置的16×16 SPAD陣列、940nm 垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）、VCSEL驅(qū)動(dòng)器和嵌入式數(shù)字信號(hào)處理核心模塊。研究人員采用可調(diào)電壓電路來精確調(diào)節(jié)SPAD偏置電壓，以緩解SPAD抖動(dòng)對(duì)長距校準(zhǔn)（Xtalk bins）寬度的影響，使該測(cè)距傳感器能進(jìn)行精確測(cè)距 [3] 。研究結(jié)果表明，該器件支持實(shí)現(xiàn)9.6m的最大動(dòng)態(tài)工作范圍，在目標(biāo)反射率為80 %的6m范圍內(nèi)工作精度優(yōu)于5mm，在目標(biāo)反射率為18 %的4m范圍內(nèi)工作精度優(yōu)于8mm。因此，上述器件的應(yīng)用支持實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離及更高精度的激光測(cè)距。



4、光纖激光器
國防科技大學(xué)的Mo Chen等研究人員設(shè)計(jì)了超窄線寬布里淵/鉺鐿共摻光纖環(huán)形激光器（BEYFL），如圖4所示；該器件使用長度為80cm的鉺鐿共摻光纖（EYDF）作為布里淵增益和線性增益介質(zhì)。研究人員實(shí)驗(yàn)測(cè)量了BEYFL的光譜、輸出功率、激光線寬和相位噪聲特性[4]。研究結(jié)果表明，當(dāng)布里淵抽運(yùn)（BP）功率為20mW時(shí)，該激光器的輸出功率可達(dá)到200mW左右（BEYFL具有140Hz超窄線寬，相對(duì)強(qiáng)度噪聲為-145dB/Hz（1kHz處的相位噪聲低至-107dB re rad/Hz1/2）。由于該光纖激光器工作線寬極窄，因此其在相干光通信、光纖傳感等高相干需求領(lǐng)域有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。



5、二次諧波發(fā)射
意大利巴勒莫大學(xué)的Andrea Tognazzi等研究人員分析了電介質(zhì)中二次諧波的生成隨入射場(chǎng)波長和幾何尺寸的變化過程，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。研究結(jié)果表明：二次諧波生成效率并沒有隨著復(fù)介電折射率虛部的增大而減小，在基頻波長處高階多極子的存在可以顯著增強(qiáng)生成的二次諧波信號(hào)，即使在介電吸收譜區(qū)也能實(shí)現(xiàn)與無損情況相同數(shù)量級(jí)的非線性工作效率。研究人員通過在無損區(qū)域利用基波處的四極磁共振，在可見光范圍內(nèi)生成了二次諧波，其轉(zhuǎn)換效率與在近紅外區(qū)域使用磁偶極共振提供的轉(zhuǎn)換效率相同[5]。綜上所述，上述研究為利用更高階模式在超出材料透明窗口之外產(chǎn)生非線性信號(hào)提供了參考借鑒。



6、強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)系統(tǒng)
韓國高等科學(xué)技術(shù)研究院的Jongwoo Park等研究人員設(shè)計(jì)了基于集成硅光子學(xué)（SiP）的兩通道光時(shí)分復(fù)用（OTDM）的發(fā)射機(jī)，并成功將其應(yīng)用于生成支持500m SSMF傳輸?shù)?00Gbit/s 的PAM8光信號(hào)，如圖6所示。實(shí)驗(yàn)研究中的信號(hào)發(fā)射部分由兩個(gè)馬赫曾德爾調(diào)制器（MZM）、兩個(gè)多模干涉儀（MMI）耦合器、一根時(shí)間延遲線（TDL）和一個(gè)熱光移相器（TOPS）組成[6]。研究結(jié)果表明，該發(fā)射機(jī)的插入損耗為11dB， SiP OTDM發(fā)射芯片的工作功率≤130mW（單個(gè)MZM的功耗為62mW，TOPS的功耗為2mW）；在背對(duì)背情形下，接收靈敏度為-1dBm（BER=2.7×10-2）；經(jīng)過500m SSMF傳輸后，接收功率代價(jià)值為1dB。由于上述系統(tǒng)未采用復(fù)雜的非線性均衡技術(shù)，因此該類發(fā)射機(jī)在未來有望在高性價(jià)比強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)系統(tǒng)中得以應(yīng)用。



參考文獻(xiàn)
[1]D.Luo, W.He, Z.Jiang, K.Xu, Y.Liu and L.Wang, "A Feasible Method for Fabricating Vertical Taper Applied to Spot Size Converter," in IEEE Photonics TechnologyLetters,vol.35,no.9,pp.481-484,1May1,2023,doi: 10.1109/LPT.2023.3255886.
[2]F. Meng et al., "High Slope Efficiency Double and Triple Junction 808 nm Vertical Cavity Surface Emitting Lasers," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 10, pp. 533-536, 15 May15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3261550.
[3]H. Yu et al., "All-in-One SPAD Ranging Sensor With Real-Time Xtalk Calibration and Integrated Biasing," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 9, pp. 477-480, 1 May1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3257043.
[4]M. Chen, Z. Meng, H. Liu, Y. Lu, X. Hu and J. Wang, "140-Hz Narrow-Linewidth Brillouin/Erbium- Ytterbium Fiber Laser," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 10, pp. 521-524, 15 May15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3261283.
[5]A. Tognazzi et al., "Second Harmonic Emission From Dielectric Nanoresonators in the Absorption Regime," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 9, pp. 505-508, 1 May1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3260878.
[6]J. Park, S. Han, Y. C. Chung and K. Yu, "300-Gb/s/λ IM/DD Transmission Using Integrated SiP OTDM Transmitter," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 10, pp. 529-532, 15 May15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3262244.