12/25/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，陳超，胡文光，楊林婕，柳海楠，李文臣，靳清清，岳京歌，張顏鷺。

2023年11月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光電探測器、光纖同軸電纜，溫度傳感器，激光器，自由空間光通信，頻率測量等，筆者將逐一評析。

1、光電探測器
中國科學(xué)院大學(xué)的Yupeng Zhu等研究人員設(shè)計了一種行波光電探測器（TWPD），以滿足毫米波通信中高功率和高速率的需求；并且分析了大功率模式下PD結(jié)電容的電流依賴現(xiàn)象及對TWPD性能的影響，如圖1所示。他們將8個相同雙饋鍺探測器（Ge PD）周期性加載在行波電極（TWE）上，采用級聯(lián)的1×2多模干涉儀（MMI）將輸入光功率均分成16份并饋入Ge PD。其中，光鏈路中添加了不同長度的光波導(dǎo)延時線，使得每個光生射頻信號能同時到達(dá)負(fù)載；并且為TWE的終端添加與特性阻抗相匹配的終端電阻，以抑制信號形成反射波[1]。研究結(jié)果表明：8-PD TWPD輸出的光電流超過127.5mA；在40 mA光電流和50Gb/s傳輸速率下，可獲得了清晰眼圖。綜上所述，該方案能夠?yàn)樾胁ǚ糯笃鞯脑O(shè)計和制備提供了參考。

      

2、光纖同軸電纜
針對電信網(wǎng)絡(luò)中的光纜管理，北京郵電大學(xué)Wen Zou 等研究人員設(shè)計了采用聲學(xué)傳感器和數(shù)字相干接收機(jī)相結(jié)合的新型光纖同軸電纜識別方案，如圖2所示。與現(xiàn)有應(yīng)用相位敏感光時域反射儀（φOTDR）方案不同的是，他們輸入了超聲波產(chǎn)生振動信號，并利用了前向傳輸信號（比反向散射信號具有更高的信噪比）進(jìn)行測試。他們在數(shù)字相干接收機(jī)中利用載波相位估計算法（CPE）跟蹤和提取振動特征以檢測相位變化，并利用多段擬合頻偏估計（FOE）算法進(jìn)行連續(xù)相位補(bǔ)償[2]。研究結(jié)果表明：在使用100kHz激光器和30kHz超聲波時，相位靈敏度為0.09rad，能夠有效識別光纖同軸電纜。綜上所述，該方案可以集成到光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的可插拔光模塊內(nèi)，從而有效提升光纖同軸電纜的監(jiān)測水平。

       

3、溫度傳感器
哈爾濱工程大學(xué)Ziyang Xiang 等研究人員設(shè)計了采用側(cè)面拋光雙芯光纖邁克爾遜干涉儀（SPTCF-MI）的溫度傳感器，并利用拋光芯有效折射率隨溫度變化的特性來實(shí)現(xiàn)測量溫度，如圖3所示。該傳感器由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF）、錐形雙芯光纖（TCF）、涂有聚二甲基硅氧烷（PDMS）的SPTCF組成。由于TCF結(jié)構(gòu)不對稱，所以拋光后具有更好的機(jī)械性能；研究人員利用用PDMS覆蓋拋光區(qū)域以提升傳感器靈敏度。值得注意的是：SMF纖芯與TCF纖芯熔接后在熔接點(diǎn)附近可讓TCF變細(xì)形成耦合器；來自SMF的光束分離后通過錐形區(qū)和TCF纖芯，能在端面反射回錐形區(qū)并發(fā)生干涉；當(dāng)干涉光譜達(dá)到最大對比度時，停止錐形區(qū)錐化過程，拉直光纖后固定在載玻片上[3]。研究結(jié)果表明：該溫度傳感器在25-75℃范圍內(nèi)靈敏度高達(dá)694.3pm/℃，且受外部環(huán)境濕度影響極小。綜上所述，該傳感器在化工和制藥等工業(yè)領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。 

      

4、激光器
國防科技大學(xué)的Xin Tian等研究人員設(shè)計了抑制高功率窄線寬光纖放大器受激拉曼散射效應(yīng)（SRS）影響的新型結(jié)構(gòu)件，如圖4所示。與含光纖布拉格光柵（FBG）振蕩器的主振功率放大器（MOPA）結(jié)構(gòu)件相比，該結(jié)構(gòu)件在振蕩器后采用端部呈平角的無源光纖將外反饋引入腔內(nèi)可優(yōu)化振蕩器的時間特性；上述過程有效降低了激光腔內(nèi)縱向相干性，實(shí)現(xiàn)了光纖放大器的高SRS閾值[4]。研究結(jié)果表明：在信噪比為40dB的3.5kW窄線寬光纖激光器（NLFL）中，采用反向泵浦結(jié)構(gòu)放大器，可減輕SRS和展寬頻譜。在放大過程中，激光的中心波長幾乎保持不變。與綜上所述，上述方案為在NLFL激光器實(shí)施拉曼抑制提供了一種簡單且低成本的應(yīng)用新思路。

       

5、自由空間光通信
英國牛津大學(xué)的Guanxiong Zhang等研究人員設(shè)計了適用于自由空間光通信的二維非機(jī)械光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，如圖5所示。他們采用了偏振光束轉(zhuǎn)向器，并通過轉(zhuǎn)向器件與相匹配的全息擴(kuò)散器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的角度覆蓋；在接收器中也進(jìn)行波束控制，支持使用相對狹窄視場的大區(qū)域收集型接收器[5]。研究結(jié)果表明：與單獨(dú)使用發(fā)射機(jī)波束轉(zhuǎn)向方案相比，該方案提供了大幅增加的視場和鏈路裕度。研究人員設(shè)計了一種傳輸50 Mbit/s PRBS信號的超過1米的傳輸鏈路（用于點(diǎn)對點(diǎn)場景），此時接收信號誤碼率低于10^-3。綜上所述，該方案使用了低成本緊湊型組件，而這些組件可以集成到一個輕量級高性能轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)中，因此在自由空間光通信領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。

      

6、頻率測量
河北大學(xué)的Chongjia Huang等研究人員采用載波相位掃描設(shè)計了一種新型射頻信號測頻系統(tǒng)，如圖6所示。該系統(tǒng)主要由激光器、制器和光電探測器組成。研究人員在兩個射頻信號調(diào)制邊帶內(nèi)引入了頻率相關(guān)相移，并對光載波進(jìn)行了相位掃描后，輸入的射頻信號頻率可由輸出的射頻信號消除光載波相位后確定[6]。研究結(jié)果表明：在2~20GHz頻率范圍內(nèi)，該系統(tǒng)支持以0.1GHz的分辨率測量射頻信號頻率，且不同輸入射頻信號的測頻誤差值小于±0.1GHz。綜上所述，該方案在未來有望用于光子輔助型射頻信號頻率測量系統(tǒng)中。

    

參考文獻(xiàn)
[1]Y. Zhu et al., "Design and Demonstration of High-Speed and High-Power Traveling-Wave Germanium Photodetector," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 21, pp. 1179-1182, 1 Nov.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3308341.
[2]W. Zuo, H. Zhou, Y. Qiao, Y. Zhao and B. Ye, "Investigation of Co-Cable Identification Based on Ultrasonic Sensing in Coherent Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 21, pp. 1155-1158, 1 Nov.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3307452.
[3]Z. Xiong et al., "Temperature Sensor Based on Side-Polished Two-Core Fiber Michelson Interferometer," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 21, pp. 1143-1146, 1 Nov.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3306430.
[4]X. Tian et al., "A Novel Structure for Raman Suppression in Narrow Linewidth Fiber Amplifier," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 21, pp. 1175-1178, 1 Nov.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3307657.
[5]G. Zhang et al., "Free-Space Optical Communication Link With Liquid Crystal Beam-Steering," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 22, pp. 1199-1202, 15 Nov.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3308774.
[6]C. Huang, E. H. W. Chan, P. Hao and X. Wang, "Optical Carrier Phase Sweeping Based RF Signal Frequency Measurement System," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 22, pp. 1243-1246, 15 Nov.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3313629.