光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊騏銘，于妮
8/25/2021，光纖在線訊，2021年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖射頻傳輸系統(tǒng)、片上硅偏振器、發(fā)光二極管、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和光纖通信系統(tǒng)等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光纖射頻傳輸系統(tǒng)
上海交通大學(xué)的Qi Li等研究人員使用雙向頻分復(fù)用（FDM）傳播技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型光纖射頻（RF）傳輸方案。該方案在兩個(gè)傳輸方向上通過(guò)合理分配射頻信號(hào)頻率，有效抑制了后向散射噪聲的負(fù)面影響，解決了系統(tǒng)受最低性能限制的缺；并通過(guò)同一根光纖傳輸雙向光信號(hào)保證了在一個(gè)電信級(jí)信道內(nèi)雙向傳播信號(hào)的對(duì)稱性，原理如圖1所示。研究人員通過(guò)在120公里單模光纖（SMF）中傳輸0.9GHz射頻信號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，0.9GHz信號(hào)穩(wěn)定傳輸?shù)竭h(yuǎn)程站點(diǎn)后相對(duì)頻率穩(wěn)定性在1秒時(shí)約為2.2×10-14，在20,000秒時(shí)約為4.62×10-17。該方案支持在遠(yuǎn)程站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相位噪聲補(bǔ)償，并且能夠在分支光纖網(wǎng)絡(luò)上支持射頻信號(hào)傳輸[1]。



2、片上硅偏振器
浙江大學(xué)的Hongnan Xu等研究人員采用偏振選擇角鏡制備了一種具有高性能和高容錯(cuò)率的新型片上硅偏振器。該器件利用波導(dǎo)角鏡的偏振選擇性支持在每個(gè)角鏡中實(shí)現(xiàn)完全反射入射光的TE模式，并能有效濾除入射光中的 TM 模式，其三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。研究人員將全內(nèi)反射（TIR）效應(yīng)與絕緣體上硅（SOI）波導(dǎo)本征強(qiáng)雙折射相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種新穎的偏振處理方案，相比較傳統(tǒng)片上偏振器而言獲得了更優(yōu)的最小特征尺寸和制造公差。研究表明，該片上硅偏振器具有ΔWwg=±50 nm 的寬度誤差容限值，有效面積約為80 μm，過(guò)量損耗（EL）小于1.2dB，消光比（ER）大于20dB，帶寬（BW）大于200 nm[2]。



3、發(fā)光二極管
華南理工大學(xué)的Zongtao Li等研究人員了設(shè)計(jì)了一種離心封裝 (CP) 結(jié)構(gòu)，用于提升發(fā)光二極管（LED）的光學(xué)效率和散熱性能。該結(jié)構(gòu)采用SBA-15 顆粒設(shè)計(jì)以促進(jìn)量子點(diǎn)（QD）的沉降和分散，并將SBA-QD粒子配置在靠近器件底部的位置，通過(guò)QD顆粒與尺寸較大（20-300μm）的SBA復(fù)合以實(shí)現(xiàn)沉降，CP結(jié)構(gòu)LED的制備原理如圖3所示。研究人員在不同電流下對(duì)一組CP結(jié)構(gòu)LED器件進(jìn)行了熱模擬研究，驗(yàn)證了CP結(jié)構(gòu)LED 光學(xué)效率和散熱性能的提升。研究表明，與均勻分布（UD）結(jié)構(gòu)LED相比較，CP結(jié)構(gòu)LED的輻射功率和光通量分別提升了9.1%和10.4%，最高工作溫度也降低了22.4%，并且CP結(jié)構(gòu)LED器件的表面溫度在100mA工作電流下從41.8℃降低到了34.4℃[3]。



4、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器
上海交通大學(xué)的Guangshuo Cao等研究人員采用摻鉺光纖放大器（EDFA）設(shè)計(jì)了一種16.8 Tb/s放大自發(fā)輻射（ASE）真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（TRNG）。該TRNG采用陣列波導(dǎo)光柵（AWG）將ASE光譜分成42個(gè)平行通道，并使用偏振分束器（PBS）將ASE拆分為兩個(gè)正交偏振組件，以增強(qiáng)和保證ASE的真實(shí)隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。研究人員在兩個(gè)正交極化分量上通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理（DSP）過(guò)程將ASE信號(hào)從Gamma分布轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍植迹�并通過(guò)高采樣率和多位二進(jìn)制提取實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)性增強(qiáng)和隨機(jī)數(shù)生成速率（RNGR）提升。研究表明，該TRNG單通道RNGR為400Gb/s，全ASE光譜RNGR為16.8Tb/s，并且TRNG生成序列的隨機(jī)性通過(guò)了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 測(cè)試[4]。



5、光纖通信系統(tǒng)
美國(guó)堪薩斯大學(xué)的Rongqing Hui等研究人員針對(duì)光纖通信系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一種評(píng)估光載波內(nèi)光信噪比（OSNR）的方案；該方案采用含數(shù)字信號(hào)處理（DSP）過(guò)程的商用相干光收發(fā)器，并通過(guò)數(shù)字偏振解復(fù)用和偏振歸零過(guò)程提取了光信號(hào)中的噪聲，并測(cè)量了帶內(nèi)放大器自發(fā)輻射（ASE）噪聲頻譜的斜率。研究人員利用一個(gè)含線性噪聲負(fù)載的光纖通信系統(tǒng)對(duì)該方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)量了發(fā)射器和接收器中的噪聲并驗(yàn)證了將噪聲分析從 OSNR 評(píng)估中去除的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。研究表明，該方案支持測(cè)量光噪聲頻譜形態(tài)，并可評(píng)估光信號(hào)帶內(nèi)噪聲的頻譜斜率[5]。



參考文獻(xiàn)
[1] Q. Li, L. Hu, J. Zhang, J. Chen and G. Wu, "Fiber Radio Frequency Transfer Using Bidirectional Frequency Division Multiplexing Dissemination," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 13, pp. 660-663, 1 July1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3086299.
[2] H. Xu, D. Dai and Y. Shi, "Fabrication-Friendly On-Chip Silicon Polarizer Based on Polarization-Selective Corner Mirrors," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 13, pp. 652-655, 1 July1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3085834.
[3] Z. Li, J. Zheng, J. Li, W. Zhan and Y. Chen, "Enhanced Optical and Thermal Performance of QD White LEDs Using a Centrifugation Packaging Structure," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 727-730, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3090058.
[4] G. Cao, L. Zhang, X. Huang, W. Hu and X. Yang, "16.8 Tb/s True Random Number Generator Based on Amplified Spontaneous Emission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 699-702, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3088156.
[5] R. Hui, C. Laperle, D. Charlton and M. O’Sullivan, "Estimating System OSNR With a Digital Coherent Transceiver," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 743-746, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3091390.