邵宇豐，龍穎，胡欽政
    2019年5月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：無源器件和光波導、有源光子器件、光纖網(wǎng)絡與傳輸系統(tǒng)、傳感器等，筆者將逐一評析。
1. 無源器件和波導
     上海交通大學電子工程系先進光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡國家重點實驗室的Qihang Shang等研究人員設計并通過實驗驗證了一種基于可調諧硅光子交織器的微波光子移相器（IBPS）（原理如圖1所示）。該器件由微環(huán)諧振器（MRR）、可調諧交織器和21多模干涉儀（MMI）組成（其中，輸入的射頻（RF）光子信號的兩個音調由MRR分開，并通過一個MMI進行組合）；在線性度為0.08且射頻功率變化小于1dB的情況下，可以實現(xiàn)40GHz射頻光子信號的360°全相移，而線性相移為188°。該器件是在絕緣體硅（SOI）平臺上制作的，可以與光子和電子電路集成，可調IBPS系統(tǒng)的實驗裝置如圖2所示[1]。



圖1 IBPS的原理圖


圖2 可調IBPS系統(tǒng)的實驗裝置；EA：電放大器；OSA：光譜分析儀

2. 有源光子器件
南京大學的Shengping Liu等研究人員設計了基于采樣莫爾光柵（SMG）的1550nm高功率單縱模（SLM）分布反饋（DFB）式半導體激光器（如圖3所示）。通過設計微米尺度的取樣結構，可以等效組建沿激光腔的莫爾光柵（MG）；通過減小激光面耦合系數(shù)，提高輸出功率。該激光器的腔長和脊寬分別為1.0mm和3.0μm；在25℃的散熱器溫度下，測量的閾值電流和斜率效率分別為30.0mA和0.36 mW/mA。當注入電流為800.0mA時，最大輸出功率約為183.0mW。與在同一晶圓上制作的均勻取樣光柵（USG）相比，該激光器的飽和功率有了顯著提高。此外，他們還在同一晶圓上制備了一種基于SMG的四通道DFB激光器陣列，該陣列顯示出了良好的波長均勻性；該激光器/陣列可能在針對光散射損失進行探索硅光子學的領域得到應用[2]。




圖3（a）基于SMG結構的大功率DFB激光器；（b）光柵的俯視圖、采樣結構及相應的SMG

3. 光纖網(wǎng)絡與傳輸系統(tǒng)
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學的Arne Josten等研究人員設計了一種采用盲相干接收技術的DSP算法（如圖4所示）；即在頻域內來實現(xiàn)色散（CD）、載波頻率偏移（CFO）、偏振狀態(tài)和定時誤差（TE）的校正。頻域誤差估計是基于改進的戈達爾算法實現(xiàn)（該算法計算每個符號少于兩個樣本和小時間抖動的偏移量）；頻域同步過程獨立于調制格式實現(xiàn)（基于高基數(shù)矩形QAM格式的概率型（PS）信號同步的方法）。他們在頻域內實現(xiàn)了符號率為42.7Gbd極化分復用（PDM）64QAM信號的同步，計算了快速傅立葉變換尺寸和用于誤差估計的快速傅立葉變換塊數(shù)的仿真結果，測量了背靠背和傳輸超過300 km情況下，四種不同概率事件的實驗結果[3]。
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圖4 頻域同步的接收機中DSP流程；Tx：發(fā)射機；ADC：模數(shù)轉換器；DFT：離散傅里葉變換；IQ：同相正交；CD：色散；Rx：接收機；CFO：載頻偏移。 

韓國大田科研院的Sunghyun Bae等研究人員設計了利用數(shù)字光學相位共軛（D-OPC）技術補償了模分復用（MDM）傳輸系統(tǒng)中的模式串擾（如圖5所示）。他們利用發(fā)送端的波前傳感器（WFS）來測量經(jīng)由多模光纖（MMF）鏈路發(fā)送的空間模式的波前；然后利用該信息和空間光調制器（SLM）產生相位共軛信號；相位共軛信號再通過相同的MMF鏈路發(fā)送給接收器。該技術可以在不改變系統(tǒng)配置的情況下，通過增加額外的收發(fā)器來逐漸增加MDM的系統(tǒng)容量；并且無論調制格式如何選擇，都可以使用非迭代方法快速估計信道矩陣。研究人員在100米長的單模光纖鏈路上了傳輸四種LP模式，每種模式都攜帶10 GB/s的開關鍵控信號。這些信號是通過使用無電均衡器的直接接收器來檢測信號。結果表明，采用上述D-OPC技術，四種模式的誤碼率（BER）均優(yōu)于10-3[4]。

圖5 （a）基于D-OPC的MDM傳輸系統(tǒng)；（b）調度過程

4. 傳感器
美國洛厄爾大學的Xu Guo等研究人員介紹了基于隔膜的全硅纖維尖端壓力傳感器的設計，制造和測試過程（實驗裝置如圖6所示）。該傳感器通過微機電系統(tǒng)（MEMS）技術制備1.2μm厚的二氧化硅隔膜，并與纖維尖端上105μm直徑的FP腔熱粘合，以形成法布里-珀羅（FP）干涉儀。蝕刻的FP腔直徑為105μm，使得感測區(qū)域變大；因此無需任何后拋光或蝕刻即可實現(xiàn)12.4nm / kPa（85.3nm / psi）的靜壓靈敏度。由于該傳感器具有全硅結構，在測試期間它還顯示出低溫交叉敏感性。與其他全硅纖維尖端壓力傳感器相比較，該傳感器制造方法簡單，更適合批量生產且具有很大的應用潛力[5]。


圖6 實驗裝置

參考文獻
[1] Qihang Shang, Yanping Yu, Yong Zhang, Yu He; et al. A Silicon Photonic RF Phase Shifter With Linear Phase Response and Low RF Power Variation[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(9):713-716. 
[2] Shengping Liu, Hao Wu, Yuechun Shi, Bocang Qiu; et al. High-Power Single-Longitudinal-Mode DFB Semiconductor Laser Based on Sampled Moiré Grating [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(10): 751-754.
[3] Arne Josten; Benedikt Baeuerle; Bertold Ian Bitachon; Gabriel Stalder; et al. 400G Probabilistic Shaped PDM-64QAM Synchronization in the Frequency Domain [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(9): 697-700.
[4] Sunghyun Bae; Youngho Jung; Byung Gon Kim; Yun C. Chung. Compensation of Mode Crosstalk in MDM System Using Digital Optical Phase Conjugation [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(10): 739-742.
[5] Xu Guo ; Jingcheng Zhou ; Cong Du ; Xingwei Wang. Highly Sensitive Miniature All-Silica Fiber Tip Fabry–Perot Pressure Sensor [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(9): 689- 692.