1/30/2024，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，胡文光，陳超，柳海楠，楊林婕，李文臣，岳京歌，靳清清，張顏鷺。

2023年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖傳感器、可見光通信，光電振蕩器，激光器，溫度傳感器等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光纖傳感器
天津理工大學(xué)的Xinliang Gao等研究人員針對(duì)微結(jié)構(gòu)光纖（MOF）傳感器外部干擾（含噪聲和振動(dòng)等）設(shè)計(jì)了一種采用深度學(xué)習(xí)模型輔助提取斑點(diǎn)特征的MOF方案，支持有效識(shí)別光譜信號(hào)，如圖1所示。當(dāng)激光從單模光纖（SMF）傳播到功能化MOF和多模光纖（MMF）區(qū)域時(shí)被分解成多種模式；MMF輸出光發(fā)生模式干涉形成了復(fù)雜散斑圖，可使用CCD相機(jī)記錄經(jīng)過物鏡（OBJ）放大后的圖案，能利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溫度下散斑圖案的高精度識(shí)別[1]。研究結(jié)果表明：在有和無外部干擾情況下，斑點(diǎn)圖案識(shí)別的準(zhǔn)確率分別達(dá)到了98.64%和100%。綜上所述，應(yīng)用上述方案具有識(shí)別精度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可擴(kuò)展到MOF傳感其他相關(guān)領(lǐng)域；且該方案有望未來在醫(yī)療、工業(yè)和環(huán)境工程等領(lǐng)域的智能監(jiān)控應(yīng)用顯示巨大潛力。



2、可見光通信
華南理工大學(xué)的Yapeng Tang等研究人員設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于可見光通信（VLC）的正交偏振復(fù)用熒光天線（PMFA），支持滿足接收機(jī)大視場(chǎng)角（FOV）和實(shí)現(xiàn)高傳輸容量的需求，如圖2所示。PMFA是夾層結(jié)構(gòu)，由偏振器、藍(lán)色濾光片、熒光層和反射器組成；其中，攜帶不同偏振態(tài)光信號(hào)會(huì)聚集在PMFA中，只有與偏振器具有相同偏振態(tài)的光信號(hào)才能被吸收。由于紅光信號(hào)不能透過藍(lán)色濾光片，且反射器具備約100%的反射率，紅光信號(hào)被限制在夾層中。此外，應(yīng)用雪崩光電二極管（APD）會(huì)盡可能吸收通過全反射傳輸?shù)募t光信號(hào)，能增大工作帶寬[2]。研究結(jié)果表明：與無PMFA配置的接收機(jī)相比，應(yīng)用上述方案在40°到80°FOV范圍內(nèi)的噪比性能提高了191%，通信速率提高了80%；在水下VLC應(yīng)用中，兩種偏振態(tài)的PMFA也能保持83.1%和82.6%的平均字符傳輸精度。綜上所述，熒光天線與偏振器可在VLC系統(tǒng)應(yīng)用中保持良好兼容性，能夠有效解決視場(chǎng)不足和系統(tǒng)傳輸容量較小的問題。



3、光電振蕩器
南京郵電大學(xué)的Yang Li等研究人員采用可變光衰減器（VOA）設(shè)計(jì)了一種新型布里淵散射倍頻光電振蕩器（OEO），支持通過調(diào)節(jié)VOA損耗控制微波光子濾波器（MPF）全開和半開腔工作狀態(tài)切換，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)倍頻，如圖3所示。研究人員將可調(diào)諧激光器（TLS）輸出信號(hào)依次通過偏振控制器（PC）和相位調(diào)制器，其中一部分調(diào)制信號(hào)由光譜分析儀（OSA）測(cè)量；另一部分進(jìn)入諧振腔，被摻鉺光纖放大器（EDFA）放大后通過光隔離器（消除反向傳播光）和光環(huán)形器（Cir）。其中，色散補(bǔ)償光纖（DCF）作為布里淵散射增益介質(zhì)和延遲線，光信號(hào)在DCF中引發(fā)激布里淵散射過程[3]。研究結(jié)果表明：當(dāng)VOA處于低損耗狀態(tài)時(shí)，可生產(chǎn)10.434GHz的基帶微波信號(hào)；當(dāng)VOA處于高損耗狀態(tài)時(shí)，可產(chǎn)生20.869GHz的倍頻微波信號(hào)。綜上所述，上述方案避免了使用昂貴的載波抑制調(diào)制器和傳統(tǒng)光纖布拉格光柵，在雷達(dá)系統(tǒng)和微波信號(hào)處理等領(lǐng)域?qū)⒕哂幸欢ǖ膽?yīng)用前景。



4、激光器
北京工業(yè)大學(xué)的Bihui Zhuang等研究人員設(shè)計(jì)了一種重復(fù)率可調(diào)的自鎖模泵浦半導(dǎo)體盤激光器（OPSDL），如圖4所示。其中，諧振腔主要由4mm×4mm的增益芯片和波長為980nm的高反射率涂層平凹端鏡組成（平凹端鏡也作為輸出鏡使用）。研究人員采用芯徑為200?m、工作波長為808nm的光纖耦合輸出功率為50W的激光器作為泵浦源。研究結(jié)果表明：當(dāng)輸出鏡曲率半徑為300mm時(shí)，調(diào)諧范圍為3.75GHz；當(dāng)調(diào)整曲率半徑為50mm時(shí)，調(diào)諧范圍變?yōu)?GHz。因?yàn)樯鲜稣{(diào)節(jié)過程連續(xù)，OPSDL始終處于穩(wěn)定鎖模工作狀態(tài)。綜上所述，該激光器在時(shí)間分辨、實(shí)時(shí)成像和太赫茲光譜分析等計(jì)量應(yīng)用中具有應(yīng)用潛力。



華中科技大學(xué)的Yu Han等研究人員設(shè)計(jì)了一種實(shí)用性較強(qiáng)的電吸收調(diào)制激光（EML）載波芯片（COC）子模塊等效電路模型。其中，EML COC子模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示；因?yàn)槠涞刃щ娐纺Ｐ蛷?fù)雜，使得直接表征EML參數(shù)具有挑戰(zhàn)性。研究人員將傳統(tǒng)EML COC等效電路模型與芯片載波的射頻響應(yīng)特性相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種更有效的理論分析模型，如圖6所示。研究結(jié)果表明：采用該模型可精確提取相關(guān)參數(shù)將EML COC子模塊的3dB帶寬從43.5GHz提升到53.4GHz，并可獲得53Gbaud PAM4信號(hào)的清晰傳輸眼圖。綜上所述，上述方案能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)鍵合線長度對(duì)調(diào)制帶寬的影響，有助于減少高速EML芯片子模塊封裝優(yōu)化和評(píng)估過程中的工作量。





5、溫度傳感器
河南省電力科學(xué)研究院的Zhongfei Ye等研究人員設(shè)計(jì)了一種采用文丘里管的快速響應(yīng)光纖溫度傳感器，如圖7所示。該器件主要由文丘里管、光纖光柵和支撐桿組成；空氣通過文丘里管入口進(jìn)入，利用其內(nèi)部結(jié)構(gòu)增加流體流速，從而提高導(dǎo)熱系數(shù)，縮短溫度響應(yīng)時(shí)間。研究結(jié)果表明：與傳統(tǒng)型布拉格光柵溫度傳感器（BFBGT）相比，采用文丘里管的布拉格光柵溫度傳感器（VFBGT）能有效縮短溫度響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)流速為1m/s時(shí)，VFBGT傳感器的工作響應(yīng)時(shí)間從420ms減少到210ms；當(dāng)流速為8.3m/s時(shí)，其工作響應(yīng)時(shí)間從130ms減少到96ms。綜上所述，該器件的高速響應(yīng)時(shí)間特性為高精度系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量和實(shí)時(shí)快速溫度補(bǔ)償提供了新的設(shè)計(jì)參考。



參考文獻(xiàn)
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