光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，龍穎，胡欽政，王壯，楊杰
3/23/2020，光纖在線訊，2020年2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、光纖傳輸系統(tǒng)、光子系統(tǒng)、光學傳感器和測量系統(tǒng)等，筆者將逐一評析。

1. 有源器件

    南京信息工程大學的Wen-Jian Kuang等研究人員采用溶液法制備了ZnS/碳量子點（QD）垂直異質結場效應光電晶體管，如圖1所示。他們使用為2.2nm、帶隙為4.5eV的ZnS QD沉積光吸收QD層，在波長約為290nm處產生了截止效果。該光電晶體管的光響應率為137mA/W，外量子效率（EQE）為66.6%，由于垂直異質結在耗盡模式下的有效載流子會產生分離，響應時間為0.2s。研究結果表明，垂直異質結結構是一種較有應用前途的溶液處理紫外光電探測器設計方案[1]。

圖1（a）ZnS/碳量子點光電晶體管，（b）QD光電晶體管的光學顯微鏡圖像，（c）ZnS/碳QD異質結的能帶排列

2. 無源器件

    中國計量大學的X. Q. Bai等研究人員設計了一種用于微腔諧振器回音壁模（WGM）激勵的集成光纖耦合器，如圖2所示。該器件通過一個開放的微通道將微球嵌入光纖內腔中來制備，并通過倏逝場耦合來激發(fā)各種WGM；另外，在透射光譜中觀察到斜率為-13.88 dB/nm及Q因子為1.81×103的非對稱Fano共振線形和對稱洛倫茲線形。該光纖諧振腔耦合結構具有結構緊湊、成本低、魯棒性好等特點[2]。


圖2 光纖耦合WGM微球諧振腔光路

3. 光纖傳輸系統(tǒng)

    加拿大麥吉爾大學的Md. Ghulam Saber等研究人員在100G PON下游應用中，使用20G硅基發(fā)射機和25G光放大PIN+TIA基接收機在O波段中通過50 km標準單模光纖（SMF）進行了100 Gb/s/λ雙二進制PAM-4（DB-PAM-4）傳輸，實驗裝置如圖3所示。在誤碼率（BER）低于低密度奇偶校驗前向糾錯（LDPC-FEC）閾值（即1×10-2）時，經過背靠背（B2B）、20km和50km單模光纖傳輸后的接收機靈敏度分別為-15dBm、-14.5dBm和-12dBm，在接收機中使用了131抽頭線性前饋均衡器（FFE）。結果表明，在通過20 km傳輸時可以實現20 dB的功率預算。此外，他們還測試研究了99Gb/s（33Gbaud）PAM-8信號的傳輸性能，結果表明，在LDPC-FEC閾值下，DB-PAM-4信號比PAM-8信號的靈敏度高5.3dB[3]。


圖3 實驗裝置

4. 光子系統(tǒng)

    上海交通大學先進光通信系統(tǒng)與網絡國家重點實驗室的Min Ding等研究人員設計了一種基于光采樣的微波器件寬帶光子網絡分析儀（PNA），不僅能實現寬帶測量過程，還避免了傳統(tǒng)電網分析儀（ENA）中繁瑣的混頻過程，相關原理如圖4所示。研究人員采用頻域方法來測量散射參數（S參數），被測設備（DUT）在具有掃頻連續(xù)波正弦信號的激勵下產生相應響應信號，通過光采樣脈沖串捕獲響應信號，并進行光電檢測和量化分析；S參數幅度是基于DSP的量化結果來計算的。PNA帶寬是由單個光脈沖的時間形狀和調制器頻率響應決定，它在商用應用中能達到100GHz以上的帶寬。研究人員在可測頻率跨度高達35GHz的PNA中進行了實驗驗證，測量了25GHz低通濾波器在1～35GHz范圍內的S參數幅度，實驗結果與商用ENA的測試結果吻合。



圖4 基于模擬光采樣鏈路的光子網絡分析儀工作原理

5. 光學傳感器和測量系統(tǒng)[/b]

    上海大學現代光學系統(tǒng)上海重點實驗室的Weiyan Kang等研究人員設計了一種基于全偏振保持（PM）光纖激光同步系統(tǒng)的高性能光子上變頻探測器，如圖5所示；其中采用的符合抽運技術能夠將脈沖紅外光子光譜轉換為可見光，轉換效率為72%。在低噪聲等效功率為3×10-17w/Hz1/2的情況下，上變頻探測器的探測效率達到30%。上述上變頻檢測系統(tǒng)基于保持全偏振的光纖結構實現，有利于提高系統(tǒng)的緊湊性和魯棒性。該器件的長期穩(wěn)定性表現在至少十小時的運行中，計數率相對波動值小于0.26％。由于該上變頻探測器具有很強的魯棒性和高效性，可以應用于遠程光譜檢測和超靈敏紅外成像過程[5]。


圖5 （a）摻Yb和摻Er光纖激光器（YDFL和EDFL）的全PM同步系統(tǒng)；（b）泵浦源工作過程；（c）被動同步泵浦的單光子上轉換探測過程

參考文獻

[1]Wen-Jian Kuang; Zhen-Peng Wang; Hao Liu, et al. ZnS/Carbon Quantum Dot Heterojunction Phototransistors for 
Solar-Blind Ultraviolet Detection[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2020,32(4): 204-207.

[2]X. Q. Bai; D. N. Wang. An In-Fiber Coupler for Whispering-Gallery-Mode Excitation in a Microsphere Resonator[J]. 
IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(4): 188-191.

[3]Md. Ghulam Saber; Ramón Gutiérrez-Castrejón; Md. Samiul Alam, et al. 100 Gb/s/λ Duo-Binary PAM-4 
Transmission Using 25G Components Achieving 50 km Reach[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(3): 138-141. 

[4]Min Ding; Zhengtao Jin; Jianping Chen, et al. Photonic Network Analyzer Based on Optical Sampling[J]. 
IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(4): 212-215.

[5]Weiyan Kang; Bowen Li; Yan Liang;et al. Coincidence-Pumping Upconversion Detector Based on 
Passively Synchronized Fiber Laser System[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(4): 184-187.