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PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：傳感器、振蕩器、像素前端裝置、錐形單模光纖、激光器、光衰減器等，筆者將逐一評析。

1、傳感器
        西安石油大學(xué)理學(xué)院的Min Shao等研究人員設(shè)計了一種結(jié)合單模光纖（SMF）、無芯光纖（NCF）、七芯光纖（SCF）制備的高靈敏度濕度傳感器[2]，如圖1所示。該器件使用NCF作為耦合器，激發(fā)并耦合SCF中的高階模和基模產(chǎn)生多模干涉效應(yīng)，多模干涉后的反射光譜可反映周圍環(huán)境中的濕度變化。研究結(jié)果證明：針對人的呼吸情況，該器件的響應(yīng)和恢復(fù)時間分別為0.82秒和0.86秒；在36-74.9% RH的土壤水分范圍內(nèi)，該器件可實現(xiàn)-0.439 dB/%RH的高靈敏度。該類傳感器具有快速響應(yīng)能力、高穩(wěn)定性、高靈敏度且制造過程簡便的應(yīng)用優(yōu)點，因此在實際應(yīng)用中適用于類型濕度變化的監(jiān)測。



2、振蕩器
        廈門大學(xué)的Tongtong Xie等研究人員設(shè)計了新型雙光環(huán)鎖模光振蕩器（OEO）[3]，該裝置能產(chǎn)生微波頻率梳（MEC），且無需外部信號注入；該裝置由主回路和輔助反饋回路構(gòu)成，如圖2所示。振蕩器工作過程如下：首先，激光二極管（LD）輸出功率值為12dBm的連續(xù)光，通過馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）將生成的光信號輸入單模光纖（SMF）；然后輸出光信號經(jīng)過50:50的光耦合器（OC）分別傳輸?shù)絻蓚€光電探測器（PD1和PD2），經(jīng)光電轉(zhuǎn)換生成的電信號經(jīng)電放大器放大，并輸入電濾波器；最后，將電信號的一路輸入示波器和電頻譜分析儀以供觀察，另一路與輔助反饋回路生成的電信號合并并反饋至MZM，實現(xiàn)OEO閉環(huán)工作。研究結(jié)果證明：該器件可生成帶寬為60MHz、脈沖寬度為114.5ns（此時環(huán)路長度200m）的離散微波信號（MFC）。綜上所述，該方案提升了鎖模OEO生成MFC的魯棒性，為克服中外部微波信號失諧和光電OEO環(huán)路自由頻譜范圍（FSR）內(nèi)的失真問題提供了有益的參考借鑒。



3、像素前端裝置
        英國愛丁堡大學(xué)工程學(xué)院的Maciej Wojtkiewicz等研究人員設(shè)計了緊湊型像素前端裝置[1]，如圖3所示。該裝置由薄氧化層晶體管和單光子雪崩光電二極管（SPAD）組成，并經(jīng)RC耦合連接采用3D堆疊技術(shù)制造；其前端裝置可在接近閾值電壓的情況下工作，并提升高光照條件下檢測低幅度SPAD輸出脈沖的靈敏度。研究人員通過調(diào)整輸入反相器偏置電壓（VPULLUP）調(diào)控了前端工作帶寬和SPAD輸出脈沖形狀。研究結(jié)果表明：該裝置在高光照條件下的工作動態(tài)范圍可達126dB，最大計數(shù)率值達117Mcps。綜上所述，該器件大幅提升了低幅度SPAD輸出脈沖的檢測性能，擴大了其動態(tài)工作范圍，未來有望在汽車激光雷達（LiDAR）和其他存在高背景輻照度的技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用。



4、錐形單模光纖
        墨西哥國家技術(shù)大學(xué)的J. Castrellon等研究人員設(shè)計了錐形單模光纖包覆有聚酯聚合物（T-SMF-CPP）的光纖曲率傳感器[4]，如圖4所示；該光纖通過火焰加熱和拉伸方法制備，其表面用噴槍涂覆CPP（其制備原理是利用倏逝波與沉積在錐形光纖表面CPP的相互作用）。研究人員將波長范圍在200-2000nm內(nèi)的DH2000 BAL光源生成的光信號輸入涂覆有CPP的T-SMF末端，并將另一端連接至光譜儀的末端；他們將傳感器鋪設(shè)在柔性丙烯酸板上（該板置于兩個線性平移平臺上，初始距離（L0）為200 mm），并通過千分尺螺釘調(diào)節(jié)將傳感光纖彎曲至不同曲率。研究結(jié)果表明：通過增加CPP覆蓋錐形纖維的長度可有效提升曲率傳感器的靈敏度和測量范圍。綜上所述，上述該類傳感器的制備方案具有成本低、效率高且易制備的優(yōu)勢，未來有望在多類場景傳感器領(lǐng)域應(yīng)用。



5、激光器
        南京大學(xué)的Liyun Hao等研究人員設(shè)計了一種自注入鎖定型MOPA激光器[5]，可實現(xiàn)外部高質(zhì)量非線性光纖諧振器（NFR）的高泵浦功率工作，如圖5所示。該激光器由種子源和兩級隨機偏振摻鉺光纖放大器（EDFA）構(gòu)成。研究人員在EDFA之后放置光耦合器（OC-1）將輸出功率分成兩部分，其中1%用于延遲自外差干涉儀（DSHI）測量其線寬，其余部分直接輸入NFR系統(tǒng)以生成非線性光譜；通過NFR的光被OC-2收集，其中90%的輸出功率作為NFR的輸出，剩下部分通過CIR端口1重新輸入種子源中以形成光學(xué)反饋環(huán)路。研究結(jié)果表明：自注入鎖定型MOPA激光器在其最大輸出功率4.78W時具備3.9kHz的光譜線寬，比其自由運行狀態(tài)時減少了約5.5×102的線寬值，并可生成50nm帶寬的四波混頻光譜。綜上所述，應(yīng)用該方案有利于以更簡單、高效的方式生成高性能非線性光譜。



6、光衰減器
        中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的Xin Xu等研究人員設(shè)計了集成馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）的雙?？勺児馑p器（DM-VOA）[6]，該裝置保證了TE0和TE1模式的同步衰減，如圖6所示。該器件由平衡雙模功率分配器（BDM-PS）和兩組平行模式不敏感移相器（MI-PS）組成，但要實現(xiàn)兩個模式的同步衰減則需滿足以下條件：分配系數(shù)和相位差對模式不敏感，初始相位差是的整數(shù)倍。研究結(jié)果表明：應(yīng)用該器件時，TE0和TE1模式的最大衰減深度值分別為31.33dB和20.81dB，所對應(yīng)的驅(qū)動功率值為23.4mW和22.1mW；在0mW到22mW的驅(qū)動功率范圍內(nèi)，衰減曲線高度一致。綜上所述，應(yīng)用該器件時兩個模式的同步衰減率高、響應(yīng)速度快，可廣泛應(yīng)用于模式不敏感光功率衰減或光交換系統(tǒng)中，并為模式不敏感型光信號互聯(lián)應(yīng)用提供了有價值的參考借鑒。



參考文獻
[1]M. Shao, Y. Yu, H. Gao, Y. Song and X. Qiao, "Reflective High-Sensitivity Humidity Sensor Based on Single Mode-No Core-Seven Core Fiber Structure," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 21, pp. 1273-1276, 1 Nov.1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3462417.
[2]T. Xie, Y. Wang, X. Cai, W. Dai, H. Chen and H. Fu, "Mode-Locked Optoelectronic Oscillator Based on a Dual-Optical-Electrical-Loop," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 22, pp. 1309-1312, 15 Nov.15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3469277.
[3]M. Wojtkiewicz, B. Rae and R. K. Henderson, "126 dB High Dynamic Range SPAD Frontend for Time of Flight Applications," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 21, pp. 1293-1296, 1 Nov.1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3465224.
[4]J. Castrellon-Uribe, J. J. Medina-Cabrera, M. C. Soto-Robles, J. A. Sandoval-Espino and R. E. Nu?ez-Gómez, "Tapered Optical Fiber Coated With a Polyester Polymer as a Curvature Sensor," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 21, pp. 1281-1284, 1 Nov.1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3466120.
[5]L. Hao, S. Li, Y. Li, J. Zhao, Z. Xie and J. Chang, "A Self-Injection Locking MOPA Laser for High Power External Cavity Enhancing Optics," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 21, pp. 1253-1256, 1 Nov.1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3460378.
[6]X. Xu, S. Liu, X. Fu, J. Niu and L. Yang, "Dual-Mode Variable Optical Attenuator Based on Balanced Multimode Power Splitters on SOI Platform," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 22, pp. 1313-1316, 15 Nov.15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3427699.