光纖在線特約編輯：邵宇豐，龍穎，胡欽政
2019年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：有源器件、無源器件和光波導(dǎo)、光子系統(tǒng)、自由空間光傳輸系統(tǒng)、光電探測器等，筆者將逐一評析。
1. 有源器件
麥吉爾大學(xué)的Fatemeh Soltani等研究人員設(shè)計了一種可以實現(xiàn)差分相移鍵控（DPSK）的新型環(huán)路鏡調(diào)制器（LMM），如圖1所示。LMM由一個馬赫-增德爾調(diào)制器（MZM）組成，兩個輸出端位于MZM的一側(cè)，并由一個波導(dǎo)環(huán)進(jìn)行連接。環(huán)形鏡輸入端的光被被分成兩部分，每一部分都沿著環(huán)形鏡反向移動。在非線性應(yīng)用中，初始信號之間的相對相位由僅在一個方向上傳播的信號功率控制（取決于初始信號每個部分的相對相位，可以反射到輸入端或傳輸?shù)捷敵龆耍�。他們選擇使用馬赫-增德爾干涉儀（MZI）來控制功率分配器中的耦合比，并將環(huán)形鏡設(shè)計成集成光學(xué)調(diào)制器。他們使用TW-LMM生成了10Gbit/s的DPSK信號，并實現(xiàn)了無差錯傳輸；并通過分析得到了該器件實現(xiàn)任意相位和振幅調(diào)制所需的兩驅(qū)動電壓之間的關(guān)系，實驗裝置如圖2所示。但是，該器件中的射頻調(diào)制信號只能驅(qū)動LMM中的一個臂，從而導(dǎo)致光信號顯示出相位調(diào)制和振幅調(diào)制，無法滿足生成DPSK信號僅需調(diào)制相位的條件[1]。

圖1 環(huán)路鏡調(diào)制器（LMM）結(jié)構(gòu)

圖2 評估LMM DPSK性能的實驗裝置
2. 無源器件和光波導(dǎo)
香港城市大學(xué)的Quandong Huang等研究人員設(shè)計了一種基于相移長周期光柵（LPG）結(jié)構(gòu)的超寬帶模式濾波器，如圖3所示。該濾波器將長周期光柵濾出的少模波導(dǎo)（FWM）模式轉(zhuǎn)換為高階模式，然后通過集成波導(dǎo)錐抑制該模式；其中采用了能提供100nm帶寬的相移LPG，以滿足超寬帶工作條件。研究人員設(shè)計了制備模式濾波器的步驟，并通過實驗演示了模式濾波器抑制三模波導(dǎo)（支持E11，E21和E12模式）基模的工作過程（實驗中采用了長度為26mm的聚合物材料）。實驗結(jié)果表明，該濾波器對帶寬分別為190nm和140nm的兩個高階模式實現(xiàn)了偏振不敏感的10dB基模抑制過程[2]。

圖3 超寬帶模式濾波器結(jié)構(gòu)

3. 光子系統(tǒng)
韓國先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究院的Xiao-Zhou Li等研究人員基于諧波注入鎖定和半導(dǎo)體光放大器（SOA）的增益飽和放大實驗研究了鎖模光纖激光器中重復(fù)倍率倍增的過程，原理如圖4所示。實驗結(jié)果表明，注入光功率越高，重復(fù)率越低，相位噪聲水平越低；但對于高注入功率，側(cè)模抑制比（SMSR）也會降低。為了保證低相位噪聲和高信噪比的重復(fù)倍率優(yōu)化，他們在實驗中使用強光注入，使得相乘脈沖具有良好的相位噪聲特性，然后使用一個增益飽和半導(dǎo)體光放大器，以有效增加SMSR和降低倍增脈沖的調(diào)制深度。研究人員使用250MHz鎖模激光器，演示了1GHz重復(fù)率、3%調(diào)制深度和33dB SMSR的倍增脈沖產(chǎn)生過程；當(dāng)實現(xiàn)從10 kHz到10MHz偏移頻率集成時，測得應(yīng)用該方案后絕對均方根集成定時抖動值僅為14fs[3]。

圖4 鎖模激光器重復(fù)速率倍增原理

4. 自由空間光傳輸系統(tǒng)
為了提高激光雷達(dá)三維成像的精度，解決干涉條紋對電光晶體偏振調(diào)制的負(fù)面影響，中科院的Shengjie Wang等研究人員設(shè)計了一種基于偏振調(diào)制技術(shù)的三維圖像深度信息校正算法。他們在偏振調(diào)制三維成像激光雷達(dá)系統(tǒng)中進(jìn)行了實驗（如圖5所示），將系統(tǒng)接收到的目標(biāo)反射光經(jīng)電光晶體調(diào)制后，通過偏振分束器（PBS）分成兩個互補光束，分別由兩個EMCDS接收，可以同時通過添加兩個調(diào)制圖像來重建深度圖像和強度圖像。然而，電光晶體的錐形干涉效應(yīng)會影響偏振光的調(diào)制過程，從而導(dǎo)致距離誤差。研究人員通過擬合兩個EMCCD來獲得每個像素的光強度比曲線與電壓變化的關(guān)系，并通過與精確的偏振調(diào)制范圍相對應(yīng)的光強來計算實際電壓。實驗結(jié)果表明，該算法在高精度成像過程中表現(xiàn)出優(yōu)異性能，在0.9mrad的寬視場范圍內(nèi)誤差值小于0.1m[4]。

圖5 偏振調(diào)制三維成像得激光雷達(dá)系統(tǒng)
5. 光電探測器
印度理工學(xué)院的Rishibrind Kumar Upadhyay等研究人員以摻氟氧化錫（FTO）為基底，制備了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高性能光電探測器（制備步驟如圖6所示）。他們使用溶膠-凝膠法合成了鈣鈦礦CH3NH3PbI3和金屬氧化物氧化鋅（ZnO）薄膜，所合成的復(fù)合鈣鈦礦CH3NH3PbI3薄膜具有四方結(jié)構(gòu)，晶體尺寸為39.01nm；而ZnO薄膜具有纖鋅礦六方結(jié)構(gòu)，晶體尺寸為26.47nm。在這兩種薄膜中，顆粒分布均勻，平均粒徑分別為50nm和30nm。研究人員測量確定了CH3NH3PbI3和ZnO之間形成的勢壘，并對異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征；并測量了該光電探測器在黑暗情況和太陽光和單色光照射時的光電性能。研究結(jié)果表明：在−1 V外加偏壓下的藍(lán)光光譜附近可獲得21.8 A/W的最大光響應(yīng)值，證明該器件具有良好的光響應(yīng)性能，是一種可應(yīng)用于寬范圍高光響應(yīng)的光電檢測器件[5]。

圖6 光電探測器制備步驟

參考文獻(xiàn)
[1] Fatemeh Soltani; David Patel; Michaël Ménard; et al. DPSK Modulation With a Dual-Drive Silicon Photonic Loop-Mirror Modulator [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(13):1037 - 1040. 
[2] Quandong Huang; Wen Wang; Wei Jin; et al. Ultra-Broadband Mode Filter Based on Phase-Shifted Long-Period Grating [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(13):1052 - 1055.
[3] Xiaozhou Li; Changi Jeon; Shilong Pan; Jungwon Kim. Low-Noise Repetition-Rate Multiplication by Injection Locking and Gain-Saturated Amplification [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(13): 997-1000.
[4] Shengjie Wang; Bo Liu; Zhen Chen; Heping Li. Chung. High Precision Calibration Algorithm for Large Field-of-View Polarization-modulated 3D imaging [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(13): 1064-1067.
[5] Rishibrind Kumar Upadhyay; Abhinay Pratap Singh; et al. High-Performance Photodetector Based on Organic–Inorganic Perovskite CH3NH3PbI3/ZnO Heterostructure [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(14): 1151- 1154.