光纖在線特邀編輯：邵宇豐 季幸平 
2017年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光網(wǎng)絡(luò)及其子系統(tǒng)、無源和有源光子器件、光傳輸、光調(diào)制與光信號處理、光纖技術(shù)，筆者將逐一評析。

光網(wǎng)絡(luò)及其子系統(tǒng)
來自北京交通大學(xué)光電技術(shù)研究所和先進(jìn)電信網(wǎng)絡(luò)重點實驗室的科研人員，設(shè)計了一種基于單模錐形包層-單模（STCS）光纖結(jié)構(gòu)的具備新型折射率（RI）的全光纖環(huán)形激光傳感器，并且進(jìn)行了實驗驗證。采用STCS光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計激光傳感器和濾波器的過程中，由于采用了激光傳感系統(tǒng)，可以獲得較高的光學(xué)信噪比（〜40 dB）和較窄的帶寬可用范圍（其中3 dB帶寬<0.12 nm）。在進(jìn)行RI測量時，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)RI值在1.333-1.399范圍內(nèi)時，平均靈敏度將達(dá)到163.80nm / RIU。在進(jìn)行溫度測量時，實驗證明當(dāng)溫度測量范圍在8°C至80°C時，靈敏度為10.8 pm /°C。上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于構(gòu)建，同時具有分辨率高，信噪比高，易于監(jiān)測的優(yōu)點。
來自浙江大學(xué)、英國曼徹斯特大學(xué)、圣安德魯斯大學(xué)的科研人員，分析了若干類型的微結(jié)構(gòu)光纖（MOF）傳感器的構(gòu)造，并總結(jié)了上述傳感器的實際應(yīng)用范圍。研究人員綜述了基于光柵的干涉測量過程，以及涉及到的兩類主要MOF傳感器，并具體介紹了應(yīng)用于傳感器制備的微結(jié)構(gòu)光纖設(shè)計方法及測量過程（包括物理參數(shù)（壓力、應(yīng)變、扭轉(zhuǎn)、溫度）的測量和生物醫(yī)學(xué)參數(shù)（折射率和微流體流量）的測量）。研究人員還分析了基于光纖布拉格光柵和干涉儀的MOF傳感器的基本設(shè)計原理，并對傳感器的應(yīng)用性能進(jìn)行了多方面比較。
來自中國吉林大學(xué)太赫茲研究中心的研究人員，設(shè)計了一個新的方案來約束太赫茲波束傳播過程。通過調(diào)節(jié)外部環(huán)境溫度以改變溫度敏感材料的折射率，從而動態(tài)調(diào)節(jié)橫向古斯（Goos-Hänchen）偏移�；�于上述方案，可以在不改變原始器件結(jié)構(gòu)的情況下有效操控太赫茲波。研究人員從理論上分析了GoosHänchen位移過程，并分析了外界環(huán)境溫度，入射角度和操作頻率之間的相互關(guān)系。研究人員同時采用有限元方法驗證分析了可調(diào)諧太赫茲波的Goos-Hänchen偏移特性。在太赫茲波無線通信頻率為0.857THz時，測量信號的消光比為24.3dB。

圖1可調(diào)古斯（Goos-Hänchen）裝置工作原理圖
來自荷蘭霍爾斯特中心的研究人員報道了集成光電二極管層條件下基于有機半導(dǎo)體成像器的制備過程。使用的光電二極管包含長度小于100 nm的蒸發(fā)超薄疊層，并且在300nm和650 nm之間的工作波長范圍內(nèi)表現(xiàn)較為敏感。同時，他們基于開關(guān)矩陣的原理設(shè)計了讀寫電路。該電路中，當(dāng)開（ON）電流高于0.1μA時，讀出主動式矩陣（TFT）的漏電流小于1pA。研究人員采用μA/ cm2量級的平均暗電流和高達(dá)100μW的入射功率等指標(biāo)來測試像素間距低至200μm的32×32像素成像器的應(yīng)用特性。實驗結(jié)果證明了制備基于可交聯(lián)電介質(zhì)TFT讀出電路的可行性。因為上述方案中僅包含光刻過程，從而簡化了背板的制造工藝流程。
來自西安交通大學(xué)應(yīng)用物理系的研究人員，研制了一個2mm間隙基于半絕緣砷化鎵（GaAs）的光電導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)（PCSS）。當(dāng)PCSS采用一個4μJ的商業(yè)激光二極管進(jìn)行觸發(fā)時，在6kV的偏置電壓下可獲得高達(dá)1.45kA的大電流。研究人員采用RLC瞬態(tài)電路模型，測量得到了瞬態(tài)放電過程中PCSS的電學(xué)特性。實驗研究證明，實際應(yīng)用可采用無線鏈路控制（RLC）瞬態(tài)電路模型得到瞬態(tài)放電過程中PCSS的電學(xué)特性；PCSS從非線性工作模式退出的原因是開關(guān)兩端的電場低于鎖定電場。上述研究方案表明了基于GaAs制備 PCSS具有低成本和緊湊性的應(yīng)用前景。

圖2基于半絕緣砷化鎵（GaAs）的光電導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)（PCSS）橫向示意圖

無源和有源光子器件
來自西班牙馬德里卡洛斯大學(xué)電子技術(shù)系的研究人員探索了一種基于垂直腔面發(fā)射激光二極管設(shè)計的光學(xué)頻率梳發(fā)生器（OFCG）的應(yīng)用性能。研究人員對直接增益切換（GS）技術(shù)、間接電光（EO）技術(shù)以及兩者的組合技術(shù)進(jìn)行了實驗和評估；他們觀察到，組合技術(shù)具有更好的OFCG性能，因為它部分地繼承了GS- OFCG的應(yīng)用優(yōu)勢，并提供了更大的頻率跨度和平坦度，還與EO方法保持了一致性。
來自韓國首爾中央大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院的研究人員，設(shè)計了一種使用全內(nèi)反射（TIR）鏡提供表面等離子體共振（SPR）激勵以檢測折射率（RI）變化的傳感器，并且首次在沒有任何增益介質(zhì)的絕緣硅襯底上證明了制備過程。在TIR鏡上，以厚度為35納米材料為金屬膜制作而成的三角形諧振器傳感器其輸出功率增量為1.2dB（靈敏度為102nm / RIU），而TIR鏡上的非金屬層顯示靈敏度為30nm / RIU。靈敏度增強的原因是SPR中的相位發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致了共振峰的大幅移動。研究人員表示，即使SPR反射鏡的感應(yīng)區(qū)域非常小，但上述配置在提高RI傳感器靈敏度方面仍然有顯著優(yōu)勢。
來自英國南安普敦與中國科學(xué)院光電研究合作中心的研究人員，提出并展示了一種基于四波混頻跟隨偏振器的新型相位敏感（PS）方案，并在非線性相移低至0.3rad的情況下實現(xiàn)了理想的二進(jìn)制階躍相位傳遞過程。PS方案的應(yīng)用是通過在退化的雙泵浦矢量參量放大器中生成相位鎖定的正交極化信號并與空閑信號進(jìn)行極化混合而實現(xiàn)的。 
來自韓國慶山光州技術(shù)研究所的研究人員在全尺寸聚酰亞胺襯底上制備了一系列基于銦氮化稼(InGaN)材料的柔性發(fā)光二極管（FLED）。制備過程中，藍(lán)寶石襯底上的InGaN外延層直接與聚酰亞胺襯底結(jié)合，然后通過激光剝離工藝去除藍(lán)寶石襯底；再用芯片隔離參雜硅蝕刻工藝在聚酰亞胺整體基板上完成LED芯片的封裝。使用上述直接轉(zhuǎn)移過程，將獲得超過97％的工藝生產(chǎn)量。如果FLED器件在線性區(qū)域工作，輸入電流能達(dá)到500 mA。研究人員證明：FLED的輸出功率，工作電壓和高達(dá)400mA驅(qū)動電流的波長偏移等性能幾乎與金屬襯底上的垂直LED相同。
來自上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、東京大學(xué)的研究人員通過分析證明，近期研發(fā)的超高分辨率光纖光柵傳感器具有高分辨率、低成本、便于部署、遠(yuǎn)程監(jiān)測和多線路傳感能力等優(yōu)點，能為地殼形變監(jiān)測提供了強大的探測手段。研究人員綜合分析了幾種準(zhǔn)靜態(tài)超高分辨率光纖傳感器的研究進(jìn)展（包括基于窄線寬波長掃描和激光探測的光纖布拉格光柵傳感器、基于光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的傳感器、利用Pound-Drever-Hall（PDH）技術(shù)制備的傳感器和可實現(xiàn)分時段多線路復(fù)用超高分辨率的光纖傳感器）。研究人員同時綜述了光纖光柵傳感器在地殼形變現(xiàn)場監(jiān)測中的應(yīng)用過程。
來自江西師范大學(xué)物理與電子學(xué)院和納米材料與傳感器實驗室的研究人員，通過使用不透明的金屬鏡提出并展示了一種基于離子體裂縫陣列的改進(jìn)型多波段抗反射技術(shù)。該技術(shù)引入的反射鏡可以增強光場耦合和約束效應(yīng)，因此與基于電介質(zhì)基底構(gòu)建的開放縫隙技術(shù)相比能產(chǎn)生更強的等離子體共振。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，研究人員證明：三波段近場反射在光學(xué)頻率上具有很高的可擴展性；并且高靈敏度的傳感測量、高信噪比以及18.6％/ nm的斜率參數(shù)實現(xiàn)可基于亞衍射極限（λ/ 5）結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)�？蒲腥藛T證明了該方案和相關(guān)研究結(jié)果具有一定潛在的應(yīng)用價值。
來自美國弗吉尼亞大學(xué)夏洛特維爾分校電氣工程中心的研究人員發(fā)現(xiàn)，具有超薄倍增區(qū)的雪崩光電二極管能在F（M）和M之間顯現(xiàn)線性關(guān)系，這一特性與局部場模型不同。颋證明了當(dāng)非局部效應(yīng)顯著時F（M）和M的相互關(guān)系。為了驗證理論分析過程，研究人員在不同雪崩光電二極管上進(jìn)行了系統(tǒng)級別的蒙特卡洛模擬仿真過程。
來自中國臺灣地區(qū)的研究人員，設(shè)計了一種基板外傾角原位測量的新方案以確保外延層在基板上生長形變。類似于目前采用的激光束偏轉(zhuǎn)方法，研究人員在金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）晶片旋轉(zhuǎn)期間，從晶片表面傾角α（z）處測量曲率半徑。但是，研究人員采用了非接觸自混合干涉檢測方法取代了通常使用的三角測量法。研究人員將一個點投射到晶片表面上，并采用激光檢測背反射過程。上述新方法的優(yōu)點在于消除了光源和檢測器的分離，并且可以使用較小的MOCVD窗口。采用上述方案后，由于檢測到的角分辨率比普通探測器檢測到的要好，所以其極限靈敏度得以改善。實驗數(shù)據(jù)表明，新方法測量的曲率半徑在10m〜10km范圍內(nèi)。

光傳輸
來自國外的研究人員通過實驗已經(jīng)證明，采用集成不平衡的馬赫增德爾干涉儀（MZI）和絕緣硅（SOI）平臺可以主動完成相位解調(diào)過程，并在此基礎(chǔ)上驗證了布拉格光纖光柵（FBG）傳感器的可行性。研究人員把外部的陣列波導(dǎo)光柵（AWG）放在檢測電路的輸出端，通過波分復(fù)用（WDM）模式可以集成多個FBG。相關(guān)信號處理過程則采用相位載波（PGC）解調(diào)技術(shù)以提取信號的波長偏移模式參量，完成精確動態(tài)的FBG解調(diào)過程。研究人員分析了集成FBG讀寫器的性能，并以動態(tài)FBG作為參考將其與基于光譜儀的商用FBG讀出裝置進(jìn)行比較驗證，實驗結(jié)果表明其動態(tài)應(yīng)變分辨率達(dá)到72.3nε/Hz。
    來自印度賈達(dá)普大學(xué)和加爾各答大學(xué)的研究人員，實驗展示了光敏纖維光纖光柵(FBG)傳感器的抗輻射特性，并將其與硅芯耐輻射光纖連接起來，應(yīng)用于開發(fā)一種適合于惡劣環(huán)境下遙感和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅飨到y(tǒng)。研究人員采用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)，專門設(shè)計和制備了基于二氧化硅的芯下?lián)椒�包層光纖；并對包含氟摻雜內(nèi)包層的關(guān)鍵波導(dǎo)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，在1550nm的工作波長區(qū)域內(nèi)獲得了小于0.2dB / km的低損耗值。研究人員對光纖制造過程（主要是針對沉積條件）也進(jìn)行了優(yōu)化，實現(xiàn)了二氧化硅芯層的平滑沉積和燒結(jié)，使得輻射引起的吸收值達(dá)到最小化。研究人員為了搭建一個適用于惡劣環(huán)境條件下的有效傳感器系統(tǒng)，通過發(fā)射不同累積劑量的γ射線評估采用光敏纖維制造的特種光纖連接到FBG傳感器中的實際性能。研究人員還對相關(guān)布拉格波長位移（BWS）和峰值振幅進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，他們發(fā)現(xiàn)通過使用不銹鋼管屏蔽傳感器可以大幅減少輻射引起的BWS值。實驗證明，上述傳感系統(tǒng)在存在γ射線輻射前后，其溫度敏感性和峰值幅度相關(guān)性基本保持不變，這一結(jié)論證明了上述系統(tǒng)在惡劣輻射環(huán)境中進(jìn)行溫度測量時具有潛在的應(yīng)用價值。

目前，已有研究人員分析了10×10-Gb/s分布反饋式激光二極管陣列（DFB-LDA）和平面光波電路陣列波導(dǎo)光柵（AWG）的混合集成模塊的制備過程。為了研制DFB-LDA，研究人員采用了選擇性區(qū)域生長技術(shù)來適當(dāng)調(diào)整通道增益，并使用電子束光刻過程來精確控制通道激射波長和光柵相位變換。為了應(yīng)用AWG，研究人員采結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計來減小AWG和DFB-LDA之間的耦合損耗過程，并在自由傳播區(qū)域的接合處設(shè)計錐形和拋物線形波導(dǎo)以擴大光譜通帶寬度，相關(guān)邊模抑制比能大于 45 dB。研究人員證明了在10 Gb/s的傳輸速率下信號具有大于4.4 dB動態(tài)消光比；在長度大于2 km的所有通道傳輸之后，其信號接收功率代價值小于1.5 dB。
來自日本國家通信技術(shù)研究所光子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實驗室的研究人員基于自相干上行（US）和自零差下行（DS）的實驗方案，研究了反射式半導(dǎo)體光放大器（RSOA）在等波長共享無源光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)用特性。研究人員經(jīng)過實驗驗證了相關(guān)理論數(shù)據(jù)，實驗結(jié)果表明在30公里光纖鏈路上將存在32dB的功率損耗，相關(guān)信號在9.4 Gb/s 的DS和750 Mb/s US傳輸過程中可以進(jìn)行有效通信（在并不考慮7％的前向糾錯過程中）。在簡化的數(shù)字信號處理和低成本運行的過程中，研究人員采用具有18 dB增益和1 GHz調(diào)制帶寬的RSOA得到了上述實驗結(jié)果。

光調(diào)制與光信號處理
來自上海理工大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)重點實驗室的研究人員，從理論上研究了溫度對對稱金屬包層光波導(dǎo)（SMCOW）反射率的影響過程。他們分析得出：相關(guān)理論模型包括折射率與引導(dǎo)層厚度的溫度依賴關(guān)系函數(shù)，以及金屬膜厚度與金屬-介電參數(shù)的溫度依賴函數(shù)。研究證明，溫度對SMCOW反射率的影響主要是來自折射率與引導(dǎo)層厚度的溫度依賴關(guān)系；然而，金屬膜的溫度特性幾乎不會影響溫度對反射率的影響。在此基礎(chǔ)上，研究人員計算了不同光學(xué)玻璃組成的導(dǎo)光層SMCOW在光譜和角度上的檢測敏感性；他們表示此項研究將為制備SMCOW傳感器提供克服溫度變化的科研視角。
來自北京大學(xué)先進(jìn)光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室的研究人員指出，隨著終端用戶日益增長的帶寬需求，100Gb/s傳輸速率的高速接入解決方案將受到越來越多用戶的關(guān)注。研究人員設(shè)計了一種四波長對稱實現(xiàn)100Gb/s傳輸?shù)臄?shù)字信號處理方案并在波分復(fù)用無源光接入網(wǎng)（TWDM-PON）中進(jìn)行了驗證。研究人員采用雙邊帶（DSB）正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制技術(shù)，在26.7公里光纖上對4×25Gb/s的 TWDM-PON進(jìn)行了實驗性演示；他們把反射式半導(dǎo)體光放大器部署在光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）中以進(jìn)一步提高了下行OFDM信號的接收靈敏度，同時還采用DSB單載波頻域均衡技術(shù)調(diào)制上行傳輸信號以降低ONU的復(fù)雜度和成本耗費。

光纖技術(shù)
來自新加坡資訊及通信研究所、科學(xué)技術(shù)局天線和光學(xué)研究中心的研究人員對由微通道構(gòu)成的微流體光纖器件進(jìn)行了建模和深入分析。研究人員發(fā)現(xiàn)與纖芯相交的微通道可直接注入周圍的物質(zhì)來完成檢測。仿真研究結(jié)果證明，微通道的尺寸將顯著影響器件檢測的靈敏度（如圖3所示）；另外，微通道的偏心位置對于器件性能的改進(jìn)也起著極其重要的作用。他們還指出，優(yōu)化改進(jìn)后的微流體裝置可用于生物傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖3 各通道尺寸下的靈敏度曲線
來自北京交通大學(xué)光電技術(shù)研究所和先進(jìn)電信網(wǎng)絡(luò)重點實驗室的研究人員，設(shè)計并制備了一種緊湊型全光纖傳感器，該傳感器用于同時測量基于無芯光纖（NCF）和光纖布拉格光柵（FBG）的溫度和折射率（RI）。如果在FBG的兩端嵌入兩段用作分束器和合束器的NCF，將形成對溫度敏感的馬赫增德爾（MZ）干涉儀。隨著折射率和溫度的變化，MZ干涉和布拉格反射過程將導(dǎo)致透射譜的變化。實驗研究結(jié)果表明，在相關(guān)波長范圍內(nèi)，RI的靈敏度為-109.573 nm / RI；溫度范圍在10〜70℃時，其靈敏度為0.014 nm /℃。研究人員通過實驗證明了上述配置在同時測量外部RI和溫度方面具有一定的可行性。

圖4一定波長范圍內(nèi)傳感器的透射光譜值

來自西班牙瓦倫西亞理工大學(xué)和哈薩克斯坦納扎爾巴耶夫大學(xué)的研究人員，使用卡洛南-洛伊（KLT）變換技術(shù)檢測了多種光纖布拉格光柵（FBG）的波長值，并將上述光柵用作多線路復(fù)用傳感器。由于色散效應(yīng)的存在，F(xiàn)BG的波長變換被映射到射頻（RF）的延遲表征中。其中，波長變化是由脈沖響應(yīng)中檢測幅度變化決定的，其波長隨KLT方程計算的特征值的變化而改變。
來自北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究所和國家激光技術(shù)研究中心的研究人員，使用高V值中間纖維在空芯光子帶隙光纖（NKT提供的HC-1550-02）和傳統(tǒng)單模光纖（Corning提供的SMF28）之間進(jìn)行了低損耗熔接并進(jìn)行了實驗研究。與常用的光纖后處理技術(shù)相比，中間光纖技術(shù)提供了一個V值自由度調(diào)節(jié)范圍，并使得耦合損耗值降低到0.35 dB。實驗研究表明，Nufern公司提供的SM1950（V = 2.836）和HC-1550-02兩種光纖之間的熔接損耗值低至0.63 dB， SMF28和HC-1550-02光纖間的總插入損耗為0.73 dB。研究人員指出，通過使用階躍折射率實芯光纖（0.63dB）和SMF28光纖（0.73dB）能實現(xiàn)最低接頭損耗值。
來自武漢理工大學(xué)光纖傳感技術(shù)國家工程實驗室的研究人員，設(shè)計了一種在多模光纖末端由介質(zhì)薄膜形成的法布里—珀羅腔光纖高溫傳感器，并對其進(jìn)行了相關(guān)實驗論證。該傳感器具備工藝結(jié)構(gòu)簡單、部件成本耗費低和批量生產(chǎn)容易等應(yīng)用優(yōu)勢。實驗研究表明，當(dāng)環(huán)境溫度從250℃變化到750℃時，該傳感器的靈敏度為5.4×10-3nm /℃。

圖5 相關(guān)溫度傳感器的制備示意圖