12/04/2024，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，張顏鷺，張旭，許占奪，向泓勁，匡富豪，賈嵐斯，2024年10月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖熔接、水聽器、振蕩器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡、半導(dǎo)體激光器、偏振器等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光纖熔接
美國麻省大學(xué)的Aaron Hutchins等研究人員設(shè)計(jì)了一種低損耗且可靠性高的光纖與PIC芯片接口的熔接工藝[1]，如圖1所示；他們利用CO2激光器加熱光纖，并將其融合到氮化硅芯片上；還將芯片固定在Newport三軸真空平臺(tái)上，并在垂直于激光器的光學(xué)平臺(tái)方向上精確調(diào)整其位置，以確保波導(dǎo)芯片與CO2激光束的對(duì)準(zhǔn)；同時(shí)，他們在熔接過程中加入了力傳感器，以便對(duì)光纖熔接條件進(jìn)行定量分析。研究結(jié)果表明：光纖-空氣-芯片界面的損耗顯著降低；光功率傳輸平均提高了0.5 dB/facet；熔接過程中施加的力對(duì)于增強(qiáng)熔接效果至關(guān)重要。此外，該研究還驗(yàn)證了熔接工藝在溫度循環(huán)下的魯棒性，對(duì)硅光子學(xué)領(lǐng)域中低溫環(huán)境下光纖熔接技術(shù)的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。



2、水聽器
深圳鵬城實(shí)驗(yàn)室的Liushu Pan等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于氮化鎵（GaN）的光學(xué)水聽器[2]，該器件能在低頻及低聲壓條件下有效檢測水下振動(dòng)信號(hào)，如圖2所示；該器件采用了嵌入二氧化鈦（TiO?）納米顆粒（NPs）的可變形聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜，可實(shí)現(xiàn)聲學(xué)信號(hào)向光學(xué)信號(hào)的高效轉(zhuǎn)換。研究人員設(shè)計(jì)的集成策略有效避免了外部光學(xué)元件使用，從而簡化了水聽器的結(jié)構(gòu)配置。在實(shí)驗(yàn)研究中，研究人員對(duì)GaN器件的發(fā)射與檢測特性進(jìn)行了全面測試，并分析了腔體參數(shù)對(duì)聲波信號(hào)檢測性能的影響。研究結(jié)果表明：該器件工作在48Hz時(shí)有2.3×10?? A/μm·Pa的靈敏度，并具備0.1至250Hz的寬頻工作范圍，最小可檢測壓力約為4Pa；它還能區(qū)分頻率差異僅為0.2Hz的微弱信號(hào)。綜上所述，該水聽器憑借其高性價(jià)比、芯片級(jí)尺寸及其可靠性設(shè)計(jì)，未來有望在識(shí)別水下低頻聲波信號(hào)的多種應(yīng)用中展現(xiàn)出較大應(yīng)用潛力。



3、振蕩器
中國教育部基礎(chǔ)物理量測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Mingyang Xu等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于激光頻率梳的低噪聲傳輸振蕩器[3]，該器件能產(chǎn)生與穩(wěn)定激光器相干的時(shí)鐘信號(hào)，如圖3所示。該裝置主要由傳輸振蕩器和臂鎖定模塊組成。研究人員通過傳輸振蕩器生成與激光源同源的高保真微波信號(hào)，并采用兩個(gè)相同的傳輸振蕩器來差異化評(píng)估傳輸噪聲；他們通過電延遲單元實(shí)現(xiàn)了單臂鎖定和改進(jìn)型雙臂鎖定技術(shù)，并將兩個(gè)數(shù)據(jù)流組合（無需校正系數(shù)）后進(jìn)行時(shí)延干涉測量。研究結(jié)果表明：該器件能滿足引力波檢測需求，無需進(jìn)一步降低時(shí)鐘噪聲。研究結(jié)果表明：時(shí)鐘噪聲得到了有效抑制，臂鎖定性能有所提升。綜上所述，該研究為未來星載引力波探測中基于頻梳的臂鎖定和延時(shí)干涉測量提供了有價(jià)值的參考方案。



4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡
湖南大學(xué)的Jing He等研究人員設(shè)計(jì)了基于分組人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（G-ANN）的均衡方案[4]，如圖4所示。該均衡器為W波段光纖無線電（ROF）系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并結(jié)合了旋轉(zhuǎn)和概率整形64階正交幅度調(diào)制（RPS 64QAM）以及正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)；其實(shí)現(xiàn)過程首先是選擇訓(xùn)練集，其次提取訓(xùn)練數(shù)據(jù)特征作為輸入要素，包括I/Q分量、相位和范數(shù)。數(shù)據(jù)特征被整合為輸入矩陣[Ix, Qx, Px, Dx]，并經(jīng)過重新縮放和歸一化處理，以確保輸入和輸出數(shù)據(jù)的振幅均被限制在0至1的范圍內(nèi)。在W波段ROF系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，他們所應(yīng)用的G-ANN均衡器相較于其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN）均衡器表現(xiàn)出更優(yōu)的傳輸性能和更低的訓(xùn)練開銷。研究結(jié)果表明：經(jīng)過20km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）和1m無線信道傳輸后，G-ANN均衡器的性能優(yōu)于傳統(tǒng)均衡器和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）。由于G-ANN均衡器在學(xué)習(xí)系統(tǒng)綜合失真方面表現(xiàn)出較強(qiáng)能力，且能有效縮減和測試時(shí)間，因此該方案可在高頻大容量通信系統(tǒng)為克服信號(hào)失真的影響提供有益借鑒。



5、半導(dǎo)體激光器
陜西科技大學(xué)的Bocang Qiu等研究人員設(shè)計(jì)了一種波長為1064nm的橫向耦合型分布式反饋（DFB）半導(dǎo)體激光器[5]，如圖5所示。該激光器的波紋脊波導(dǎo)由非對(duì)稱相移的向耦合光柵構(gòu)成，相移位置被定義為相移位置與涂層面之間長度與腔長之比。窄波導(dǎo)寬度及其兩側(cè)的光柵溝槽保持為3.8?m，通過改變窄波導(dǎo)寬度能形成具有不同耦合系數(shù)的橫向耦合光柵。研究結(jié)果表明：環(huán)境溫度為20?C注入電流為1A時(shí)，連續(xù)被輸出功率值可達(dá)362.3mW（斜率效率約為0.4W/A）；在0.2A至1A電流范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)側(cè)模抑制比大于40dB，滿足單模工作要求。綜上所述，該研究工作為研制含高階光柵制造工藝的大功率LC-DFB提供了參考借鑒。



6、偏振器
湖北工業(yè)大學(xué)的Li Liu等研究人員設(shè)計(jì)了一種超緊湊型硅橫向電場透射型（TE-pass）偏振器[6]（采用逆向設(shè)計(jì)方法），如圖6所示。該器件由寬度為0.5?m的輸入波導(dǎo)和優(yōu)化后的橫向工作矩形區(qū)域組成；其中的矩形區(qū)域總尺寸為5.23?m×1.83?m，被劃分為15×45個(gè)像素單元，每個(gè)像素單元是一個(gè)120nm×120nm的立方體，其中心設(shè)有直徑為90nm的圓形孔洞。該器件構(gòu)建在硅基絕緣體（SOI）平臺(tái)上，其中硅波導(dǎo)厚度為220nm，襯底氧化層厚度為2?m（采用了非定向耦合器樣式）；為了實(shí)現(xiàn)所需的耦合強(qiáng)度，直波導(dǎo)與矩形區(qū)域之間的耦合間隙設(shè)定為0.12?m。研究結(jié)果證明：當(dāng)最小插入損耗降至0.17dB時(shí)，工作帶寬可達(dá)100nm（從1500nm至1600nm），消光比最大值可達(dá)32.2dB；因此該偏振器未來在光信號(hào)處理系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1] A. Hutchins et al., "Fiber-to-Chip Packaging With Robust Fiber Fusion Splicing for Low-Temperature Applications," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 19, pp. 1209-1212, 1 Oct.1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3452039.
[2] L. Pan et al., "Miniaturized GaN-Based Optical Hydrophones for Underwater Low-Frequency Acoustic Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 20, pp. 1237-1240, 15 Oct.15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3454151.
[3] M. Xu, J. Ke, J. Luo, H. Wu and C. Shao, "Arm Locking Using a Transfer Oscillator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 20, pp. 1225-1228, 15 Oct.15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3457549.
[4] J. He and J. He, "A Grouped-ANN Equalizer for the Rotated PS 64QAM OFDM in W-Band ROF System," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 19, pp. 1165-1168, 1 Oct.1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3449922.
[5] N. Zhang et al., "Design and Fabrication of 1064-nm High Power Laterally-Coupled DFB Semiconductor Lasers," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 20, pp. 1217-1220, 15 Oct.15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3406683.
[6] L. Liu, B. Liao, P. Zhao, W. Xue and C. Hu, "Ultra-Compact and Ultra-Low Insertion Loss Silicon Optical Polarizer Based on Inverse Design," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 19, pp. 1173-1176, 1 Oct.1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3451615.