2025年3月PTL光通信論文評(píng)析
發(fā)布時(shí)間：2025-05-14 10:01:04 熱度：501
5/14/2025，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，閔哲浩，崔夢(mèng)琦，蘭佳，陳國干，卓智敏。
2025年3月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：信息重建、電光調(diào)制器、激光器、光電振蕩器、激光器、彎曲傳感器等，筆者將逐一評(píng)析。
1、信息重建
常熟理工學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院的Hualong Ye等研究人員設(shè)計(jì)了利用瑞利衰落通道模型的成像信息重建方法[1]，如圖1所示。該方法旨在解決現(xiàn)有圖像傳輸方法中重建精度低、可行性有限的問題。他們采用Hadamard 和PSK兩種調(diào)制技術(shù)，對(duì)64×64的圖像進(jìn)行重建實(shí)驗(yàn)，通過分析誤碼率（BER）參數(shù)驗(yàn)證了Hadamard 調(diào)制的重建性能優(yōu)于2PSK調(diào)制；仿真實(shí)驗(yàn)分析了Hadamard 調(diào)制在不同頻率和信噪比（SNR）情況下的結(jié)構(gòu)相似性（SSIM）和峰值信噪比（PSNR）指標(biāo)。研究結(jié)果表明：隨著采樣頻率提升，BER值逐漸減小，SSIM值逐漸增大，PSNR值也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。綜上所述，該方案能有效降低信道噪聲的影響，提高數(shù)字圖像傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，對(duì)推動(dòng)未來數(shù)字圖像傳輸技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用具有參考價(jià)值。
2、電光調(diào)制器
浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院光學(xué)的Peiji Sun等研究人員設(shè)計(jì)了電極短路與表面導(dǎo)電層復(fù)合抑制方法，有效抑制了在溫變環(huán)境下鈮酸鋰（LiNbO3）電光調(diào)制器的偏置穩(wěn)定性受到的熱電效應(yīng)影響。他們建立了X型調(diào)制器通用熱釋電響應(yīng)的廣義模型[2]，模擬在熱變速率為2K/min，如圖2所示；并測(cè)試了兩種抑制方案：±Z極化平面和添加表面接地；前者有效平衡了±Z極化平面附近電位但對(duì)G-S電極-基底回路的電勢(shì)影響微弱；表面接地電極通過構(gòu)建電荷競(jìng)爭(zhēng)路徑，使熱釋電荷沿電極快速遷移至接地極化面，實(shí)現(xiàn)了29.75%的熱釋電壓降衰減。研究結(jié)果表明：結(jié)合電極短路與表面導(dǎo)電層處理可顯著提升LiNbO3相敏器件的偏置穩(wěn)定性。綜上所述，該方案為高精度電光調(diào)制器設(shè)計(jì)提供了理論模型和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)需要長期穩(wěn)定工作且溫度敏感的光子器件設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有重要參考價(jià)值。
3、激光器
美國圣母大學(xué)電氣工程系的Jideofor A. H. Odoeze等研究人員設(shè)計(jì)了基于InP材料的1.55微米高折射率對(duì)比脊形波導(dǎo)（HIC RWG）半導(dǎo)體激光器，并通過干法刻蝕與選擇性濕法刻蝕相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了圓形對(duì)稱光束輸出[3]，如圖3所示。他們首先通過干法刻蝕形成基本波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并利用濕法刻蝕技術(shù)對(duì)干法刻蝕后的AlInGaAs波導(dǎo)側(cè)壁進(jìn)行修復(fù)和優(yōu)化以降低其表面粗糙度和散射損耗，實(shí)現(xiàn)了單空間模高性能激光輸出；然后通過精確調(diào)控波導(dǎo)寬度獲得近乎完美的圓形光束；最后，研究員對(duì)未封裝的器件進(jìn)行了96小時(shí)的加速老化測(cè)試，以驗(yàn)證其可靠性。研究結(jié)果表明：該圓形光束遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角在橫向和垂直方向上均達(dá)到30°左右，顯著提升了光纖耦合效率，避免了傳統(tǒng)激光器所需的復(fù)雜光束整形過程，且能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)單模輸出，達(dá)到了較高的內(nèi)部量子效率（68%）及良好的熱穩(wěn)定性。綜上所述，該方案簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)外延再生長工藝，通過獨(dú)特的波導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高性能激光輸出，為光通信的自由空間應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支撐，未來有望在光通信、激光測(cè)距和集成光子學(xué)等領(lǐng)域體現(xiàn)重要價(jià)值。
4、光電振蕩器
德國柏林非線性光學(xué)和短脈沖光譜研究所的Brian Sinquin等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用高精細(xì)度法布里-珀羅腔體（FP）和傾斜鎖定技術(shù)的光電振蕩器（OEO）[4]，如圖4所示。他們構(gòu)建了由1558nm外腔激光二極管、摻鉺光纖放大器（EDFA）和電光調(diào)制器（EOM）組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將光源進(jìn)行放大和調(diào)制；并將調(diào)制后的光束耦合到一個(gè)25mm長的空氣間隙FP腔體中；然后采用單通傾斜鎖定技術(shù)，利用偏振分束器收集從FP腔體反射的光束，再通過四象限光電探測(cè)器檢測(cè)TEM01模式的強(qiáng)度分布差異來生成誤差信號(hào)；最后該誤差信號(hào)經(jīng)過PID控制器處理后反饋調(diào)節(jié)激光器的驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的精確鎖定。研究結(jié)果表明：該方案在1 kHz偏移處相位噪聲達(dá)到-80 dBc/Hz，艾倫偏差為3×10???（1秒積分時(shí)間），性能與基于Pound-Drever-Hall鎖定系統(tǒng)相當(dāng)，但避免了復(fù)雜高頻電子器件需求。綜上所述，該方案為研制更簡(jiǎn)單、更緊湊的高性能OEO提供了新思路，有望將光電振蕩器技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用發(fā)展推至新高度。
5、激光器
中國科學(xué)院物理化學(xué)技術(shù)研究所的Ao-Nan Zhang等研究員設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單且緊湊的高功率百皮秒（ps）脈沖串激光器，該器件具有良好的光束質(zhì)量[5]，如圖5所示。該激光器以激光二極管（LD）端泵浦的Nd:YVO4激光器為基礎(chǔ)構(gòu)建，并由電光（EO）Q開關(guān)微芯片激光器提供種子源。他們搭建了由皮秒（ps）種子源、電光（EO）Q開關(guān)的后續(xù)激光器以及電子控制系統(tǒng)構(gòu)成的百皮秒脈沖串激光系統(tǒng)，用于測(cè)量在不同脈沖重復(fù)率（PRR）下的最大平均功率和光束質(zhì)量因子。研究結(jié)果表明：在20kHz的PRR下，激光器的最大平均功率為9.85W，光束質(zhì)量因子為1.19；在50kHz的PRR下，最大平均功率達(dá)到10.03W，光束質(zhì)量因子為1.25。綜上所述，該激光器未來可能在科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域都具有一定的應(yīng)用潛力。
6、彎曲傳感器
哈爾濱工程大學(xué)的Chunbo Su等研究員設(shè)計(jì)了由錐形耦合區(qū)誘導(dǎo)的靈敏度增強(qiáng)型長周期光纖光柵（LPFG）彎曲傳感器[6]，如圖6所示。該傳感器采用了單模無芯結(jié)構(gòu)，并通過電弧放電技術(shù)將多模光纖（MMF）加工成錐形以激發(fā)高階包層模式，顯著提升了彎曲靈敏度。研究人員采用光纖拼接技術(shù)，將周期性MMF和無芯光纖（NCF）拼接構(gòu)建出三周期光纖光柵。在此基礎(chǔ)上，他們通過調(diào)控電弧電流強(qiáng)度和放電時(shí)間，對(duì)MMF進(jìn)行加工，使其腰部直徑縮減至66.53微米，微錐部分的長度控制到541.25微米。實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，他們通過控制千分尺對(duì)傳感器施加彎曲，并使用超連續(xù)光源和光譜分析儀記錄不同彎曲程度下的實(shí)時(shí)傳輸光譜響應(yīng)。研究結(jié)果表明：傳感器在兩個(gè)共振峰Dip-A（1323.4nm）和Dip-B（1548.8nm）處的彎曲靈敏度分別為42.31nm/m-1和45.93nm/m-1；溫度靈敏度分別為48.75pm/oC和42.67pm/oC。綜上所述，該方案為未來制備高靈敏度彎曲傳感器提供了一條新新思路。
[b]參考文獻(xiàn)：
[1]H. Ye and D. Guo, "Research on Information Reconstruction Mechanism of Ghost Imaging Based on Rayleigh Fading Channel," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 5, pp. 309-312, 1 March1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3523915.
[2]P. Sun et al., "Study of Pyroelectric Suppression Method for LiNbO? E-O Modulator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 6, pp. 329-332, 15 March15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3540936.
[3]J. A. H. Odoeze and D. C. Hall, "AlInGaAs/InP 1.55-μm High-Index-Contrast Circular Beam Edge-Emitting Semiconductor Lasers," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 6, pp. 361-364, 15 March15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3548409.
[4]B. Sinquin, M. Vallet, M. Romanelli and M. Alouini, "Optoelectronic Oscillator Combining a High-Finesse Cavity and Tilt-Locking Stabilization," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 6, pp. 321-324, 15 March15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3544428.
[5]A. -N. Zhang, Z. -L. Li, K. Liu and X. -J. Wang, "High Power Burst-Mode Laser Seeded by an Electro-Optic Q-Switched Hundreds Picosecond Oscillator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 5, pp. 293-296, 1 March1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3541917.
[6]C. Su, Y. You, W. Yang, Y. Ma, C. Lu and T. Geng, "Sensitivity-Enhanced LPFG Bending Sensor Induced by Tapering Coupled Region," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 6, pp. 365-368, 15 March15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3504821.
2025年3月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：信息重建、電光調(diào)制器、激光器、光電振蕩器、激光器、彎曲傳感器等，筆者將逐一評(píng)析。
1、信息重建
常熟理工學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院的Hualong Ye等研究人員設(shè)計(jì)了利用瑞利衰落通道模型的成像信息重建方法[1]，如圖1所示。該方法旨在解決現(xiàn)有圖像傳輸方法中重建精度低、可行性有限的問題。他們采用Hadamard 和PSK兩種調(diào)制技術(shù)，對(duì)64×64的圖像進(jìn)行重建實(shí)驗(yàn)，通過分析誤碼率（BER）參數(shù)驗(yàn)證了Hadamard 調(diào)制的重建性能優(yōu)于2PSK調(diào)制；仿真實(shí)驗(yàn)分析了Hadamard 調(diào)制在不同頻率和信噪比（SNR）情況下的結(jié)構(gòu)相似性（SSIM）和峰值信噪比（PSNR）指標(biāo)。研究結(jié)果表明：隨著采樣頻率提升，BER值逐漸減小，SSIM值逐漸增大，PSNR值也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。綜上所述，該方案能有效降低信道噪聲的影響，提高數(shù)字圖像傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，對(duì)推動(dòng)未來數(shù)字圖像傳輸技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用具有參考價(jià)值。
2、電光調(diào)制器
浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院光學(xué)的Peiji Sun等研究人員設(shè)計(jì)了電極短路與表面導(dǎo)電層復(fù)合抑制方法，有效抑制了在溫變環(huán)境下鈮酸鋰（LiNbO3）電光調(diào)制器的偏置穩(wěn)定性受到的熱電效應(yīng)影響。他們建立了X型調(diào)制器通用熱釋電響應(yīng)的廣義模型[2]，模擬在熱變速率為2K/min，如圖2所示；并測(cè)試了兩種抑制方案：±Z極化平面和添加表面接地；前者有效平衡了±Z極化平面附近電位但對(duì)G-S電極-基底回路的電勢(shì)影響微弱；表面接地電極通過構(gòu)建電荷競(jìng)爭(zhēng)路徑，使熱釋電荷沿電極快速遷移至接地極化面，實(shí)現(xiàn)了29.75%的熱釋電壓降衰減。研究結(jié)果表明：結(jié)合電極短路與表面導(dǎo)電層處理可顯著提升LiNbO3相敏器件的偏置穩(wěn)定性。綜上所述，該方案為高精度電光調(diào)制器設(shè)計(jì)提供了理論模型和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，對(duì)需要長期穩(wěn)定工作且溫度敏感的光子器件設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有重要參考價(jià)值。
3、激光器
美國圣母大學(xué)電氣工程系的Jideofor A. H. Odoeze等研究人員設(shè)計(jì)了基于InP材料的1.55微米高折射率對(duì)比脊形波導(dǎo)（HIC RWG）半導(dǎo)體激光器，并通過干法刻蝕與選擇性濕法刻蝕相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了圓形對(duì)稱光束輸出[3]，如圖3所示。他們首先通過干法刻蝕形成基本波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并利用濕法刻蝕技術(shù)對(duì)干法刻蝕后的AlInGaAs波導(dǎo)側(cè)壁進(jìn)行修復(fù)和優(yōu)化以降低其表面粗糙度和散射損耗，實(shí)現(xiàn)了單空間模高性能激光輸出；然后通過精確調(diào)控波導(dǎo)寬度獲得近乎完美的圓形光束；最后，研究員對(duì)未封裝的器件進(jìn)行了96小時(shí)的加速老化測(cè)試，以驗(yàn)證其可靠性。研究結(jié)果表明：該圓形光束遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角在橫向和垂直方向上均達(dá)到30°左右，顯著提升了光纖耦合效率，避免了傳統(tǒng)激光器所需的復(fù)雜光束整形過程，且能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)單模輸出，達(dá)到了較高的內(nèi)部量子效率（68%）及良好的熱穩(wěn)定性。綜上所述，該方案簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)外延再生長工藝，通過獨(dú)特的波導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高性能激光輸出，為光通信的自由空間應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支撐，未來有望在光通信、激光測(cè)距和集成光子學(xué)等領(lǐng)域體現(xiàn)重要價(jià)值。
4、光電振蕩器
德國柏林非線性光學(xué)和短脈沖光譜研究所的Brian Sinquin等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用高精細(xì)度法布里-珀羅腔體（FP）和傾斜鎖定技術(shù)的光電振蕩器（OEO）[4]，如圖4所示。他們構(gòu)建了由1558nm外腔激光二極管、摻鉺光纖放大器（EDFA）和電光調(diào)制器（EOM）組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將光源進(jìn)行放大和調(diào)制；并將調(diào)制后的光束耦合到一個(gè)25mm長的空氣間隙FP腔體中；然后采用單通傾斜鎖定技術(shù)，利用偏振分束器收集從FP腔體反射的光束，再通過四象限光電探測(cè)器檢測(cè)TEM01模式的強(qiáng)度分布差異來生成誤差信號(hào)；最后該誤差信號(hào)經(jīng)過PID控制器處理后反饋調(diào)節(jié)激光器的驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的精確鎖定。研究結(jié)果表明：該方案在1 kHz偏移處相位噪聲達(dá)到-80 dBc/Hz，艾倫偏差為3×10???（1秒積分時(shí)間），性能與基于Pound-Drever-Hall鎖定系統(tǒng)相當(dāng)，但避免了復(fù)雜高頻電子器件需求。綜上所述，該方案為研制更簡(jiǎn)單、更緊湊的高性能OEO提供了新思路，有望將光電振蕩器技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用發(fā)展推至新高度。
5、激光器
中國科學(xué)院物理化學(xué)技術(shù)研究所的Ao-Nan Zhang等研究員設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單且緊湊的高功率百皮秒（ps）脈沖串激光器，該器件具有良好的光束質(zhì)量[5]，如圖5所示。該激光器以激光二極管（LD）端泵浦的Nd:YVO4激光器為基礎(chǔ)構(gòu)建，并由電光（EO）Q開關(guān)微芯片激光器提供種子源。他們搭建了由皮秒（ps）種子源、電光（EO）Q開關(guān)的后續(xù)激光器以及電子控制系統(tǒng)構(gòu)成的百皮秒脈沖串激光系統(tǒng)，用于測(cè)量在不同脈沖重復(fù)率（PRR）下的最大平均功率和光束質(zhì)量因子。研究結(jié)果表明：在20kHz的PRR下，激光器的最大平均功率為9.85W，光束質(zhì)量因子為1.19；在50kHz的PRR下，最大平均功率達(dá)到10.03W，光束質(zhì)量因子為1.25。綜上所述，該激光器未來可能在科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域都具有一定的應(yīng)用潛力。
6、彎曲傳感器
哈爾濱工程大學(xué)的Chunbo Su等研究員設(shè)計(jì)了由錐形耦合區(qū)誘導(dǎo)的靈敏度增強(qiáng)型長周期光纖光柵（LPFG）彎曲傳感器[6]，如圖6所示。該傳感器采用了單模無芯結(jié)構(gòu)，并通過電弧放電技術(shù)將多模光纖（MMF）加工成錐形以激發(fā)高階包層模式，顯著提升了彎曲靈敏度。研究人員采用光纖拼接技術(shù)，將周期性MMF和無芯光纖（NCF）拼接構(gòu)建出三周期光纖光柵。在此基礎(chǔ)上，他們通過調(diào)控電弧電流強(qiáng)度和放電時(shí)間，對(duì)MMF進(jìn)行加工，使其腰部直徑縮減至66.53微米，微錐部分的長度控制到541.25微米。實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，他們通過控制千分尺對(duì)傳感器施加彎曲，并使用超連續(xù)光源和光譜分析儀記錄不同彎曲程度下的實(shí)時(shí)傳輸光譜響應(yīng)。研究結(jié)果表明：傳感器在兩個(gè)共振峰Dip-A（1323.4nm）和Dip-B（1548.8nm）處的彎曲靈敏度分別為42.31nm/m-1和45.93nm/m-1；溫度靈敏度分別為48.75pm/oC和42.67pm/oC。綜上所述，該方案為未來制備高靈敏度彎曲傳感器提供了一條新新思路。
[b]參考文獻(xiàn)：
[1]H. Ye and D. Guo, "Research on Information Reconstruction Mechanism of Ghost Imaging Based on Rayleigh Fading Channel," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 5, pp. 309-312, 1 March1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3523915.
[2]P. Sun et al., "Study of Pyroelectric Suppression Method for LiNbO? E-O Modulator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 6, pp. 329-332, 15 March15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3540936.
[3]J. A. H. Odoeze and D. C. Hall, "AlInGaAs/InP 1.55-μm High-Index-Contrast Circular Beam Edge-Emitting Semiconductor Lasers," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 6, pp. 361-364, 15 March15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3548409.
[4]B. Sinquin, M. Vallet, M. Romanelli and M. Alouini, "Optoelectronic Oscillator Combining a High-Finesse Cavity and Tilt-Locking Stabilization," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 6, pp. 321-324, 15 March15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3544428.
[5]A. -N. Zhang, Z. -L. Li, K. Liu and X. -J. Wang, "High Power Burst-Mode Laser Seeded by an Electro-Optic Q-Switched Hundreds Picosecond Oscillator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 5, pp. 293-296, 1 March1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3541917.
[6]C. Su, Y. You, W. Yang, Y. Ma, C. Lu and T. Geng, "Sensitivity-Enhanced LPFG Bending Sensor Induced by Tapering Coupled Region," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 6, pp. 365-368, 15 March15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3504821.
