12/30/2024，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，隆茜，閩哲浩，崔夢琦。

        2024年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：多芯光纖、調(diào)制器、光柵傳感器、光電二極管、光子輔助模擬前傳、非線性合成器等，筆者將逐一評析。

1、多芯光纖
        西班牙瓦倫西亞理工大學(xué)電信與多媒體應(yīng)用研究所的Sergi García和Ivana Gasull設(shè)計了利用色散分集異質(zhì)多芯光纖實現(xiàn)微波信號光子時間算子的新方案[1]；其中，信號樣本在同的光纖芯層產(chǎn)生，并經(jīng)過色散適配實現(xiàn)可調(diào)樣本差分延遲，實驗裝置如圖1所示。研究人員使用的光纖長5千米（由7個獨(dú)特溝槽輔助階躍型異質(zhì)纖芯組成（具有不同的折射率））；由于該類型光纖提供了色散增量值，因此可被設(shè)計為可調(diào)的樣本化TTDL。研究人員演示了高達(dá)第四階時域微分以及具有從348至730ps集成窗口的7樣本時域積分過程，顯示了不同時間算子下該方案的可擴(kuò)展性和并行工作潛力。因此，該方案為未來高速光學(xué)計算和信號處理技術(shù)的發(fā)展開辟了新型應(yīng)用途徑。



2、調(diào)制器
        日本橫濱國立大學(xué)工程科學(xué)研究院的Ryotaro Nakazawa等研究人員設(shè)計了1550 nm圓形貼片天線耦合型量子阱光調(diào)制器[2]結(jié)構(gòu)，其核心層由多個五層非對稱耦合量子阱結(jié)構(gòu)組成。他們制作了外半徑為 330μm、間隙半徑為310μm的圓形天線光相位調(diào)制器，并對該器件在60Ghz毫米波段的調(diào)制特性進(jìn)行了分析和比較。研究結(jié)果表明：該器件支持與入射毫米波偏振角無關(guān)的相位調(diào)制；工作在60 GHz 毫米波頻段時，其相移率為55.0 dB（相移3.56 mrad）；在入射功率密度為4.4 W/m2時，無線電波的任何偏振角都能產(chǎn)生3.0至3.6 mrad的相移。因為該研究方案中的調(diào)制器不僅具備易于集成半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點(diǎn)，還具備物半導(dǎo)體量子阱的高調(diào)制特性，因此有助于調(diào)制器小型化，低成本化的演進(jìn)。



3、光柵傳感器
        中國計量大學(xué)的Yi Chen等人設(shè)計了一種新型不均勻光柵超表面[3]結(jié)構(gòu)，并通過調(diào)整相鄰硅柱的寬度和間隙，研究了具有不對稱輪廓介電光柵的諧振特性；通過比較分析傳統(tǒng)均勻光柵證明了該類型非均勻光柵的應(yīng)用優(yōu)勢。他們將設(shè)計的無基底非均勻光柵超表面應(yīng)用于傳感響應(yīng)過程，通過微流控技術(shù)實現(xiàn)了物質(zhì)檢測。通過在光柵超表面?zhèn)鞲衅髦刑畛浞治鑫?，評估了光柵超表面?zhèn)鞲衅鲗Ψ治鑫镒兓捻憫?yīng)（可使品質(zhì)因數(shù)值達(dá)到114.86，靈敏度值達(dá)到189GHz/RIU）。研究人員采用光刻技術(shù)制造了光柵樣品，完成了均勻光柵超表面高深度蝕刻過程，并將其封裝到了微流體傳感器中；并采用不同濃度的BSA溶液（牛奶、無水乙醇與油醚）進(jìn)行了實驗，驗證了該微流體傳感器用于生物分子檢測的可行性。綜上所述，該方案有望在生物分子檢測發(fā)揮關(guān)鍵作用。



4、光電二極管
        上海理工大學(xué)的Linze Li等研究人員設(shè)計了基于lnP倏逝耦合波導(dǎo)改性單行載波光電二極管（MUTC-PD）[4]；通過設(shè)計摻雜度增強(qiáng)了電子傳輸效率并補(bǔ)償了高光功率注入下的空間電荷效應(yīng)；通過調(diào)整波導(dǎo)層的折射率和厚度，優(yōu)化了光耦合與載流子的傳輸過程；通過在共面波導(dǎo)（CPW）電極下引入苯并環(huán)丁烯（BCB），有效降低了寄生電容，能獲得更適合的RC限制帶寬。實驗證明：如使用2×7μm2與2×10μm2大小的器件可實現(xiàn)超過220GHz的3dB帶寬（外部響應(yīng)度分別為0.161 A/W和0.237 A/W）。綜上所述，該器件能支持高帶寬以及良好響應(yīng)度工作，未來有望在InP光子集成電路領(lǐng)域發(fā)揮作用。



5、光子輔助模擬前傳
        瑞典皇家理工學(xué)院的Rafael Puerta等研究人員構(gòu)建了模擬無線光纖（ARoF）和模擬自由空間光通信（ARoFSO）技術(shù)在6G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用系統(tǒng)，如圖5所示[5]。他們依據(jù)5G/NR標(biāo)準(zhǔn)對該方案進(jìn)行了誤差矢量幅度（EVM）和鄰道泄露比（ACLR）的合規(guī)性測試，研究結(jié)果表明：接收到的100MHz帶寬C波段NR信號中其EVM值低于9%，ACLR值大于45dB，滿足第三代合作伙伴計劃（3GPP）的要求；在采用分布式（D-MIMO）信道的相干聯(lián)合傳輸（CJT）實驗中， ARoF前傳鏈路實現(xiàn)了5.35dB的MIMO增益，ARoFSO前傳鏈路則達(dá)到了5.11dB；在4X4 MIMO系統(tǒng)中，ARoF前傳鏈路的MIMO增益高達(dá)9.4dB。綜上所述，該方案為6G網(wǎng)絡(luò)中多信道傳輸信號收發(fā)質(zhì)量的提升提供了借鑒參考。



6、非線性合成器
        華中科技大學(xué)的Wenkai Zhang等研究人員設(shè)計了基于矢量空間維展開的光子非線性合成器（PNS），如圖6所示[6]。他們研制了含八個非線性通道的集成型PNS，并實驗驗證了其具備的各種離散非線性功能，包括邏輯門（AND, OR, XOR）、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換器等狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制。研究結(jié)果表明：PNS在實現(xiàn)基本邏輯門功能時輸出值與理論值吻合，且在不同輸入狀態(tài)下相同輸出邏輯電平的強(qiáng)度能保持相對一致，顯示出較好的非線性轉(zhuǎn)換性能；該器件還支持對連續(xù)非線性Sigmoid和Sine函數(shù)曲線的擬合，其實際響應(yīng)與目標(biāo)非線性曲線表現(xiàn)相似。綜上所述，因為該器件在復(fù)雜非線性功能實現(xiàn)方面具備一段的應(yīng)用潛力和靈活性，因此上述方案中采用的光子計算技術(shù)未來有望在高速數(shù)據(jù)處理和寬帶通信系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)揮作用。



參考文獻(xiàn)
[1] GARC?A S, GASULLA I. Photonic Temporal Operators for Microwave Signals Enabled by Multicore Fibers[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(21): 7596-7603. DOI:10.1109/JLT.2024.3431247.
[2] NAKAZAWA R, SEKIGUCHI G, OTAGAKI Y, et al. Quantum Well Optical Modulator With Circular Patch Antenna for Millimeter-Wave Radio Over Fiber System[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(21): 7468-7475. DOI:10.1109/JLT.2024.3445632.
[3] CHEN Y, HUANG X, YAO G, et al. Microfluidic Sensor Based on Substrate-Free Non-Uniform Metagrating[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(21): 7498-7506. DOI:10.1109/JLT.2024.3405198.
[4] LI L, WANG L, LONG T, et al. Ultra-Fast Waveguide MUTC Photodiodes Over 220 GHz[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(21): 7451-7457. DOI:10.1109/JLT.2024.3379188.
[5] PUERTA R, JIANG T, JOHARIFAR M, et al. Analog Mobile Fronthaul for 6G and Beyond[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(21): 7458-7467. DOI:10.1109/JLT.2024.3435770.
[6] ZHANG W, WU B, LI J, et al. Photonic Nonlinear Synthesis by Vector-Spatial Dimension Expansion[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(22): 7888-7893. DOI:10.1109/JLT.2024.3443918.