7/11/2018，光纖在線特約編輯：邵宇豐 季幸平

2018年5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(hào)處理、光纖技術(shù)，筆者將逐一評(píng)析。 

光網(wǎng)絡(luò)及其子系統(tǒng) 

來自華僑大學(xué)、亞特蘭大喬治亞理工學(xué)院的科研人員，設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種極高吞吐量的相干超密集波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（UDWDM-PON）系統(tǒng)，其中使用了奈奎斯特獨(dú)立邊帶（N-ISB）調(diào)制技術(shù)有效增強(qiáng)了帶寬效率（其中的光線路終端（OLT）具有75個(gè)下行鏈路光子副載波，每個(gè)副載波可以調(diào)制多達(dá)16到10Gb / s的N-ISB數(shù)字信道，而且僅使用一組光發(fā)射機(jī)硬件便可以有效生成副載波）。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的UDWDM-PON系統(tǒng)能夠容納1200個(gè)10G用戶，光分配網(wǎng)絡(luò)損耗預(yù)算為35.5dB，總吞吐量達(dá)到12Tb/s，頻譜效率為5.628bit/s/Hz。此外，科研人員還對(duì)PON系統(tǒng)中的N-ISB調(diào)制、鎖頻光學(xué)多載波產(chǎn)生和數(shù)字預(yù)均衡等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和驗(yàn)證。
中國(guó)臺(tái)灣納米技術(shù)與微系統(tǒng)工程研究所的科研人員設(shè)計(jì)了基于ZnO的納米棒紫外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)，并采用蒸汽冷凝系統(tǒng)生長(zhǎng)技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上實(shí)驗(yàn)了該結(jié)構(gòu)的制備。為了研究光電探測(cè)器的內(nèi)部增益機(jī)制，科研人員設(shè)置了不同的光化學(xué)鈍化時(shí)間和不同的環(huán)境，并對(duì)ZnO的納米棒進(jìn)行操作以改變存在于納米棒側(cè)壁表面上的缺陷密度，由此得到內(nèi)部增益的機(jī)制（這是因?yàn)閭?cè)壁表面缺陷和吸收的氧分子將引起ZnO基納米棒的表面帶彎曲效應(yīng)）。采用光電化學(xué)鈍化工藝處理2分鐘后的ZnO基納米棒紫外光電探測(cè)器，能獲得3.25×1015 cmHz1 /2W-1的檢測(cè)靈敏度。

圖1納米棒紫外光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖
燕山大學(xué)理學(xué)院材料科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員采用有限元方法對(duì)基于磁流體選擇性填充光子晶體光纖的磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析（采用一個(gè)包層氣孔滲入磁性流體并作為缺陷核芯）。他們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)滿足相位匹配條件時(shí)，采用耦合缺陷核芯的光源時(shí)，核芯模式的禁閉損耗便會(huì)突然增加，同時(shí)檢測(cè)靈敏度和品質(zhì)因數(shù)也將進(jìn)一步提升。科研人員所設(shè)計(jì)的磁性流體選擇性地填充了體積小，靈敏度高，品質(zhì)因數(shù)高的光子晶體光纖，該晶體光纖適用于磁場(chǎng)傳感器的應(yīng)用。
香港科技大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系的科研人員，采用有機(jī)金屬氣相外延方法實(shí)驗(yàn)研究了InAlGaAs / InAlAs多量子阱（MQW）的生長(zhǎng)和表征特性。與在參考平面InP襯底上生長(zhǎng)的相同結(jié)構(gòu)相比較不同的是該MQW是在硅（Si）上約1310nm波長(zhǎng)處制備�？蒲腥藛T還根據(jù)室溫下Si上MQW的光致發(fā)光過程得到了相關(guān)線寬和內(nèi)部量子效率�？蒲腥藛T在硅襯底上設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有中間層的InP緩沖區(qū)，并研究了通過三個(gè)應(yīng)變InGaAs中間層過濾后相關(guān)橫截面的透射特性。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在InP-on-Si模板上生長(zhǎng)的高質(zhì)量MQW結(jié)構(gòu)可在Si平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)III-V族光子器件的集成應(yīng)用。

無源和有源光子器件

比利時(shí)根特大學(xué)信息技術(shù)研究院的科研人員設(shè)計(jì)了一個(gè)支持25Gb/s和40Gb/s信號(hào)傳輸?shù)牡凸�耗互阻抗放大器（TIA）�？蒲腥藛T采用響應(yīng)度為0.55A/w的光電二極管，在25Gb/s時(shí)TIA具有-10.6dBm的光強(qiáng)度檢測(cè)靈敏度，在40Gb/s時(shí)TIA具有-6.4 dBm的光強(qiáng)度檢測(cè)靈敏度（使用2.5 V電源，TIA的功耗是158mW）�？蒲腥藛T采用0.13μm SiGe BiCMOS工藝制造TIA。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在25Gb/s傳輸速率下，TIA具有與現(xiàn)有器件類似的功耗，而在40Gb/s傳輸速率下，TIA的功耗比現(xiàn)有技術(shù)低。
荷蘭代爾夫特理工大學(xué)電氣工程學(xué)院的科研人員設(shè)計(jì)了一種基于多個(gè)P+/N阱結(jié)的并由標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)支持的硅雪崩光電探測(cè)器（APD）�？蒲腥藛T采用了加速技術(shù)解決CMOS-APD的帶寬限制問題。該加速技術(shù)的使用，使得外在電場(chǎng)加速了電荷中性N阱區(qū)域中的光生載體運(yùn)動(dòng)過程�？蒲腥藛T為了誘發(fā)N阱內(nèi)部的非本征電場(chǎng)，設(shè)計(jì)了具有多個(gè)結(jié)的CMOS-APD以減小兩個(gè)不同N阱偏置觸點(diǎn)之間的距離；科研人員還設(shè)置了不同的偏置電壓到N阱來模擬和測(cè)量CMOS-APD的性能以證明了加速技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高帶寬的測(cè)量過程。
瑞典皇家理工學(xué)院信息與通信技術(shù)學(xué)院的科研人員采用外延再生長(zhǎng)工藝將基于AlGaAs /GaAs異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管與InGaAs/GaAs 垂直腔面發(fā)光晶體管激光器（VCSEL）進(jìn)行融合以實(shí)現(xiàn)pnp型VCSEL的優(yōu)化過程。通過在基極區(qū)域的適當(dāng)設(shè)計(jì)可以設(shè)置晶體管的有效工作范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其激光閾值以獲得典型晶體管激光器的工作特性（其中包括毫瓦量級(jí)范圍的輸出功率，毫安量級(jí)范圍的基極閾值電流）�？蒲腥藛T研究表明，在高基極電流和/或發(fā)射極-集電極電壓的限制下，伴隨著光輸出功率的猝滅，集電極被擊穿，該現(xiàn)象與量子阱帶填充有關(guān)。
新加坡微電子技術(shù)研究所的科研人員設(shè)計(jì)了基于光子波導(dǎo)的邁克爾遜干涉儀（MI）的光子熱傳感器（尺寸僅為120μm×80μm）。在1550 nm波長(zhǎng)處，該超緊湊型MI裝置具有近乎線性的溫度響應(yīng)（其靈敏度為113.7 pm /ºC，比傳統(tǒng)光纖熱傳感器的靈敏度高出約20倍）。上述光子熱傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，同時(shí)通過采用先進(jìn)的封裝技術(shù)，科研人員使其具有較高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性（在13°C至95°C的溫度范圍內(nèi)功率變化小于0.1 dB），從而使其具有廣泛的應(yīng)用前景。
南威爾士大學(xué)計(jì)算工程與科學(xué)學(xué)院的科研人員發(fā)現(xiàn)頻率掃描干涉法是一種常見的技術(shù)可用于測(cè)量距離。然而，有限測(cè)量時(shí)間內(nèi)光程長(zhǎng)度的變化嚴(yán)重限制了該方法在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用。因此，科研人員設(shè)計(jì)了一種新方法，即采用四波混頻技術(shù)來產(chǎn)生次級(jí)掃頻源。該方法極大地降低了成本耗費(fèi)，并解決了雙激光系統(tǒng)經(jīng)常遇到的同步問題�？蒲腥藛T已經(jīng)構(gòu)建并測(cè)試了原型系統(tǒng)，針對(duì)光程長(zhǎng)度的變化進(jìn)行了測(cè)試，證明了該技術(shù)能夠解決實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中的距離測(cè)量問題。
來自上海中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員設(shè)計(jì)了一種全光纖被動(dòng)調(diào)Q 摻雜TM3+的亞碲酸鹽光纖激光器。復(fù)合亞碲酸鹽光纖可專門用于需要高機(jī)械強(qiáng)度光纖鏈路的場(chǎng)景；碳納米管（CNTs）和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM）也能作為可飽和吸收體分別插入激光腔中實(shí)現(xiàn)光纖集成�？蒲腥藛T在9厘米短距的亞碲酸鹽光纖中通過1.59μm的帶內(nèi)泵浦過程搭建了1.86μm無自鎖模效應(yīng)的脈沖激光器；在持續(xù)860ns的CNT脈沖激光器中能獲得84mW的平均輸出功率。

圖4 基于FBG制備的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
南開大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)代光學(xué)研究所的科研人員設(shè)計(jì)了一種新型光纖光柵矢量彎曲傳感器頭部結(jié)構(gòu)。科研人員通過采用不斷增加角度的方法使得光柵平面傾斜，從而將非對(duì)稱特征設(shè)計(jì)體現(xiàn)到傳感器頭部的設(shè)計(jì)過程中（他們使用高頻CO2激光器來制造傳感器頭部）。

圖5  基于光纖光柵設(shè)計(jì)的彎曲傳感器頭部結(jié)構(gòu)裝置[/center]