9/25/2023，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，楊林婕，陳超，柳海楠，胡文光， 李文臣。

2023年8月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：太赫茲通信、可調(diào)諧超表面設(shè)計(jì)、應(yīng)變傳感器、分布式聲學(xué)傳感、光纖無線通信、測(cè)距傳感器等，筆者將逐一評(píng)析。

1、太赫茲通信
東南大學(xué)的Yuancheng Cai等研究人員設(shè)計(jì)了一種高譜效率偏振復(fù)用（PDM）雙單邊帶（Twin-SSB）傳輸方案，用于直接檢測(cè)太赫茲通信系統(tǒng)，如圖1所示。由于在光學(xué)太赫茲轉(zhuǎn)換側(cè)添加了載波，因此無論接收到信號(hào)的偏振狀態(tài)如何，傳輸信號(hào)的每個(gè)分支都能通過太赫茲肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）直接檢測(cè)[1]。研究結(jié)果表明：與有源偏振控制的CAOT方案相比，該方案不僅提升了系統(tǒng)的可操作性和魯棒性，而且接收機(jī)靈敏度提升了約4dB。研究人員還通過Kramers–Kronig算法實(shí)現(xiàn)了SSB場(chǎng)恢復(fù)以有效消除信號(hào)間差拍干擾，并有助于偏振解復(fù)用過程。綜上所述，上述方案可以為高譜效率太赫茲通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供借鑒參考。



2、可調(diào)諧超表面設(shè)計(jì)
印度理工學(xué)院的Tanmay Bhowmik等研究人員設(shè)計(jì)了一種采用間隙等離子體共振的偏振不敏感電可調(diào)諧超表面結(jié)構(gòu)，如圖2所示。他們?cè)O(shè)計(jì)的超表面通過氧化銦錫（ITO）的電光特性來調(diào)節(jié)反射光強(qiáng)度,并將沉積在二氧化硅襯底上的ITO-Al2O3-Au頂部放置了Au納米光柵的2D陣列[2]。研究結(jié)果表明：三階間隙等離子體共振在1.72μm波長(zhǎng)下被激發(fā)（通過等效RLC電路模型進(jìn)行了驗(yàn)證）；通過施加外部偏置電壓來調(diào)節(jié)諧振波長(zhǎng)，可在ITO-Al2O3界面積累自由電子；在具備隨機(jī)偏振角入射光的作用下，在1.55µm工作波長(zhǎng)下可實(shí)現(xiàn)25 dB調(diào)制深度；該器件支持在x和y偏振光的寬范圍入射角（高達(dá)50度）下工作，并具備303 fJ/bit的低能耗和900Mbps的調(diào)制速度。因此，上述器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用在未來集成納米光子系統(tǒng)的小型化應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的實(shí)用價(jià)值。



3、應(yīng)變傳感器
南京師范大學(xué)的Yunhao Xiao等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于Vernier效應(yīng)的溫度不敏感光纖光柵（FBG）應(yīng)變傳感器，如圖3所示。研究人員將兩個(gè)不同環(huán)長(zhǎng)的光纖環(huán)共振器（FRR）并聯(lián)，且利用Vernier效應(yīng)來提高測(cè)量靈敏度；并使用參考FBG和FRR補(bǔ)償溫度影響，以實(shí)現(xiàn)溫度不敏感[3]。研究結(jié)果表明：相對(duì)于相同條件下單個(gè)FRR應(yīng)變傳感器，該方案提升了應(yīng)變靈敏度約23倍（從-1.456 kHz/µε增加到-33.878 kHz/µε），應(yīng)變分辨率為2.953×10-5µε，溫度敏感性降低到1.031 kHz/℃。由于上述器件具備高靈敏度、高分辨率且抗隨機(jī)干擾，因此在復(fù)雜環(huán)境中的傳感領(lǐng)域有較大的應(yīng)用潛力。



4、分布式聲學(xué)傳感
意大利帕多瓦大學(xué)的Daniele Orsuti等研究人員結(jié)合多模光纖（MMF）上對(duì)分布式聲學(xué)傳感（DAS）進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)了減少回波軌跡中信號(hào)衰落的相干平均方法，如圖4所示。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員將三模光子光纖器件（PhL）作為模式解復(fù)用器，通過空間多樣性來改善測(cè)量可靠性，并研究采用異頻相敏光時(shí)域反射計(jì)（φ-OTDR）的MMF-DAS的性能。他們還將相干平均方法擴(kuò)展到縱向多樣性研究過程，并通過犧牲空間分辨率來提高相位檢測(cè)精度[4]。研究結(jié)果表明：上述方法與傳統(tǒng)方法相比可將噪聲水平降低三倍。因此，上述方案未來有望應(yīng)用在石油和天然氣廠等已安裝用于溫度監(jiān)測(cè)的場(chǎng)景中。



5、光纖無線通信
復(fù)旦大學(xué)的Mingxu Wang等研究人員設(shè)計(jì)了一種數(shù)字脈沖編碼調(diào)制型光纖無線（DP-RoF）通信方案（如圖5所示），將20Gbaud DP-RoF信號(hào)經(jīng)由10公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）傳輸，并在相干檢測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析（其中公共無線電接口等效數(shù)據(jù)速率（CPRI-EDR）為112 Gb/s）[5]。研究結(jié)果表明：應(yīng)用上述方案后，無線信號(hào)恢復(fù)后的信噪比為50.14 dB，比應(yīng)用模擬光纖無線（A-RoF）、數(shù)字模擬光纖無線（DA-RoF）和數(shù)字光纖無線（D-RoF）方案分別提升26.62dB、20.01dB和13.28dB；該方案滿足65536正交振幅調(diào)制（QAM）的誤差向量幅度（EVM）閾值，而A-RoF和DA-RoF方案無法達(dá)到1024 QAM的EVM閾值。因此，該方案為未來6G移動(dòng)前傳中實(shí)現(xiàn)超高階QAM信號(hào)的傳輸提供了有價(jià)值的參考。



6、測(cè)距傳感器
      德國(guó)弗萊堡大學(xué)的Sergio Vilches等研究人員設(shè)計(jì)了具備亞毫米直徑的多點(diǎn)內(nèi)窺鏡傳感器，可同時(shí)測(cè)量傳感器尖端與平坦組織表面之間的最小距離和方向，如圖6所示。研究人員采用了基于頻率調(diào)制型連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)的不受雜散光干擾的相干測(cè)量方法，并使用850nm 垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)制，在10kHz重復(fù)頻率下實(shí)現(xiàn)了4.1nm可調(diào)諧范圍，且使用馬赫曾德爾（Mach-Zender）干涉儀在k空間中對(duì)干涉圖樣進(jìn)行了校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)測(cè)量光束通過3D納米打印的微棱鏡陣列在傳感器尖端分離的過程。研究結(jié)果表明：與衍射元件相比，微棱鏡陣列通過折射實(shí)現(xiàn)了更高收集效率和更大測(cè)量范圍[6]。因此，上述方案對(duì)未來超小型精確距離傳感器的研制具有一定的參考價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1]Y. Cai et al., "Spectrally Efficient PDM-Twin-SSB Direct-Detection THz System Without Active Polarization Control," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 15, pp. 838-841, 1 Aug.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3275921.
[2]T. Bhowmik, A. K. Chowdhary and D. Sikdar, Polarization- and Angle-Insensitive Tunable Metasurface for Electro-Optic Modulation, in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 16, pp. 879-882, 15 Aug.15, 2023, doi 10.1109LPT.2023.3256584.
[3]Y. Xiao, Y. Wang, J. Shi, D. Zhu and Q. Liu, "Temperature-Insensitive and Sensitivity-Enhanced FBG Strain Sensor by Using Parallel MPF," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 15, pp. 809-812, 1 Aug.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3281472.
[4]D. Orsuti et al., "DAS Over Multimode Fibers With Reduced Fading by Coherent Averaging of Spatial Modes," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 16, pp. 866-869, 15 Aug.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3285625.
[5]M. Wang, X. Zhao, C. Wang and J. Yu, "SNR Improved Digital-PCM Radio-Over-Fiber Scheme Supporting 65536 QAM for Mobile Fronthaul," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 15, pp. 825-828, 1 Aug.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3284456.
[6]S. Vilches, H. Zappe and Ç. Ataman, "Multi-Point Fiber-Optic Distance Sensor for Endoscopic Surgery Monitoring," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 16, pp. 883-886, 15 Aug.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3270628.