3/25/2025，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，崔夢(mèng)琦。

        2025年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：交叉半監(jiān)督學(xué)習(xí)、噪聲追溯、調(diào)制器、曲率傳感器、光信號(hào)接收器、光纖傳感器等，筆者將逐一評(píng)析。

1、交叉半監(jiān)督學(xué)習(xí)
        天津大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院的Ming Zeng等研究人員設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用低選擇性標(biāo)記樣本基于交叉半監(jiān)督學(xué)習(xí)（CSSL）的納米光子結(jié)構(gòu)散射預(yù)測(cè)方案[1]，如圖1所示。實(shí)現(xiàn)步驟如下，首先隨機(jī)生成33000個(gè)不同形狀的硅納米結(jié)構(gòu)樣本庫(kù)，將其按照7:1:1比例劃分為訓(xùn)練集（27,000）、驗(yàn)證集（3,000）和測(cè)試集（3,000），然后采用自監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)對(duì)訓(xùn)練集納米結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行特征壓縮，并使用K-means聚類算法將訓(xùn)練樣本劃分為多類別，并以最近10個(gè)樣本特征距離均值作為代表性指標(biāo)；再選擇每個(gè)類別中最具有代表性的樣本作為標(biāo)記樣本。研究結(jié)果表明，此方案在僅使用1/3模擬數(shù)據(jù)標(biāo)記的情況下，預(yù)測(cè)精度（98.7%）與采用全標(biāo)注數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法（99.2%）具有統(tǒng)計(jì)等效性（p>0.05）。綜上所述，該方案降低了深度學(xué)習(xí)的標(biāo)記成本，為納米光子學(xué)領(lǐng)域有效利用有限數(shù)據(jù)資源提供了有益借鑒。



2、噪聲追溯
        加拿大渥太華研究中心的Choloong Hahn等研究人員設(shè)計(jì)了分析接收端噪聲來(lái)追溯光傳輸系統(tǒng)中分布式鏈路中噪聲的方案[2]，且無(wú)需在傳輸信道中使用監(jiān)測(cè)設(shè)備，如圖2所示。具體而言，他們首先利用接收端信號(hào)作為參考波形，生成包含噪聲和信號(hào)非線性失真的模型；再將此模型與接收到的非線性失真進(jìn)行相關(guān)分析，以測(cè)算收發(fā)功率的變化情況。通過(guò)對(duì)比收發(fā)總功率及局部信號(hào)功率變化，可以進(jìn)一步計(jì)算出噪聲功率，并估算廣義光信噪比（gOSNR）值。研究結(jié)果表明：該方案能夠有效監(jiān)測(cè)光傳輸系統(tǒng)中的本地噪聲和gOSNR，在光信號(hào)收發(fā)質(zhì)量監(jiān)控領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。而且，該方法未來(lái)有望在不同類型的光傳輸系統(tǒng)中體現(xiàn)潛在應(yīng)用價(jià)值，且可能在復(fù)雜光通信系統(tǒng)的解耦過(guò)程中發(fā)揮出重要作用。



3、調(diào)制器
        青島科技大學(xué)的Chun Qi等研究人員設(shè)計(jì)了一種利用硅碲化物（SiTe2）被動(dòng)式Q開(kāi)關(guān)（PQS）的雙波長(zhǎng)銩摻雜鈧酸釓（Tm:GdScO3）激光器[3]，如圖3所示。該器件包含一個(gè)凹面鏡和一個(gè)平面鏡，其中的e2SA用作脈沖調(diào)制器被置在晶體和輸出耦合器之間。研究人員通過(guò)液相剝離法合成了SiTe2可飽和吸收體，并采用Czochralski法生成增益介質(zhì)Tm:GdScO3晶體。他們對(duì)連續(xù)波（CW）激光的運(yùn)行特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究：將工作腔長(zhǎng)調(diào)整為20mm，并插入了SiTe2可飽和吸收體（SA），成功實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)Q開(kāi)關(guān)（PQS）激光器的穩(wěn)定運(yùn)行。研究結(jié)果表明：該激光器在1982.3nm和1995.4nm波長(zhǎng)工作時(shí)的平均最大平均輸出功率為622mW，脈沖寬度為317ns，重復(fù)率為49.73kHz。綜上所述，SiTe2作為一種可飽和吸收體具有良好的光學(xué)調(diào)制性能，為業(yè)界今后研制2μm雙波長(zhǎng)同步脈沖激光器件提供了有價(jià)值的參考借鑒。



4、曲率傳感器
        棗莊大學(xué)光電工程學(xué)院的Tongqun Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了一種高靈敏度法布里-珀羅干涉儀（FPI）曲率傳感器[4]，該器件采用微波光子濾波（MPF）技術(shù)制備，如圖4所示。具體制備步驟是：研究人員首先通過(guò)環(huán)形器將增益自發(fā)輻射（ASE）光發(fā)送至FPI，其反射光被分成兩路（90%發(fā)送至電光調(diào)制器（EOM），10%用于光譜分析儀（OSA）監(jiān)測(cè)）；將調(diào)制后的光信號(hào)經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償模塊（DCM）和摻鉺光纖放大器（EDFA）補(bǔ)償劣化后，通過(guò)光電探測(cè)器（PD）將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）記錄測(cè)試參數(shù)以獲得曲率傳感器的頻率響應(yīng)。研究結(jié)果表明：在3.3065~9.0552m-1的曲率范圍內(nèi)，工作波長(zhǎng)位移靈敏度為19.5pm/m-1，分辨率為1.026m-1；而且中心頻率隨曲率增加表現(xiàn)出線性偏移，此時(shí)位移靈敏度為0.86 MHz/m-1，分辨率為1.16×10-3m-1，遠(yuǎn)大于跟蹤波長(zhǎng)偏移所獲得的分辨率。綜上所述，該器件具有高分辨率、溫度不敏感和易于集成配置的優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)在光學(xué)測(cè)量、光纖傳感器和光通信等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。



5、光信號(hào)接收器
        日本國(guó)家信息和通信技術(shù)研究所的Shohei Kosuga等研究人員設(shè)計(jì)了一種面向強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)（IM-DD）系統(tǒng)的高速光信號(hào)接收器[5]；該器件集成高頻集成倒裝芯片（FC）制備，如圖5所示。研究人員將100Gbaud電感負(fù)載光電二極管（PD）和跨阻放大器（TIA）安裝在FC上，并通過(guò)子載波上形成的射頻電路連接電信號(hào)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，該器件接收了經(jīng)20公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）傳輸?shù)?26.875 Gbit/s信號(hào)，且在信號(hào)經(jīng)過(guò)背靠背（B-to-B）和20公里SSMF傳輸后實(shí)現(xiàn)了最小接收機(jī)靈敏度低于-6.7 dBm。研究結(jié)果表明：該器件的3dB帶寬大于55GHz，且光-電（O/E）響應(yīng)波動(dòng)較??；基于射頻（RF）線路傳輸測(cè)試證明最小接收器靈敏度為-6.9dBm，與使用傳統(tǒng)的引線鍵合型光信號(hào)接收器相比，傳輸鏈路預(yù)算增加了3.7dB。綜上所述，該器件因?yàn)橐欢ǔ潭壬辖鉀Q了傳統(tǒng)光信號(hào)接收器的高頻工作帶寬提升和光電響應(yīng)波動(dòng)問(wèn)題，因此為下一代高速光通信系統(tǒng)中接收機(jī)的制備提供了參考借鑒。



6、光纖傳感器
        哈爾濱工程大學(xué)教育部光纖集成光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Chong Niu等研究人員設(shè)計(jì)了一種高精度矢量光纖傳感器[6]，并采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法輔助精度測(cè)量，如圖6所示。研究人員首先通過(guò)Residual 多層感知器模型（REMLP）來(lái)訓(xùn)練傳感器的工作頻譜，以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)曲率的大小和方向；他們將光纖固定在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)夾具上，一端連接超連續(xù)光源（SCL），另一端連接光譜分析儀（OSA）以便監(jiān)測(cè)光譜變化。為了確保光纖每次在初始位置都受到相同預(yù)應(yīng)力，他們?cè)诠饫w傳感器上懸掛了一個(gè)砝碼，其曲率的變化由步進(jìn)電機(jī)的凹陷程度決定（每步為200μm）。研究結(jié)果表明：彎曲方向測(cè)量的平均絕對(duì)誤差（MAE）為99.93%，曲率測(cè)量平均絕對(duì)誤差（MAE）為98.92%。綜上所述，該類高精度緊湊型矢量彎曲傳感器未來(lái)有望在醫(yī)療儀器、航空航天設(shè)備和工業(yè)機(jī)器人許多領(lǐng)域體現(xiàn)潛在應(yīng)用價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1]M. Zeng, F. Zhao, X. Wang, S. Zhong and L. Mao, "Optical Prediction Based on Less Selectively-Labeled Samples and Cross-Semi-Supervised Learning," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 2, pp. 61-64, 15 Jan.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3511271.
[2]C. Hahn, J. Chang and Z. Jiang, "Trace Back Method of the Distributed Noise in Optical Transmission Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 2, pp. 81-84, 15 Jan.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3512184.
[3]C. Qi et al., "The Passively Synchronized Dual-Wavelength Q-Switched Tm: GdScO? Laser Based on SiTe?," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 1, pp. 9-12, 1 Jan.1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3472702.
[4]T. Zhang et al., "Fabry-Perot Interferometer Curvature Sensor Based on Microwave Photonic Filter Technique," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 1, pp. 21-24, 1 Jan.1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3504850.
[5]S. Kosuga et al., "A 226.875-Gbit/s/λ Optical Receiver Based on a High-Frequency Integration by Flip-Chip Mounting," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 1, pp. 57-60, 1 Jan.1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3508539.
[6]C. Niu et al., "Machine Learning Assisted High Precision Vector Bending Sensor Based on Remodulate LPFG," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 2, pp. 113-116, 15 Jan.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3516133.