4/15/2025，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，崔夢琦。

        2025年2月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：摻雜光纖、光學(xué)輔助無線前傳、隨機(jī)數(shù)生成器、自由空間光通信、光電探測器、光子濾波器等，筆者將逐一評析。

1、摻雜光纖
        上海大學(xué)光纖研究所的Dandan Liu等研究人員設(shè)計(jì)了具有凹陷結(jié)構(gòu)的環(huán)形纖芯鐿摻雜光纖（RCYDF）[1]，如圖1所示；它支持以高效率、高模式純度生成圓柱向量光束（CVB）。研究人員提出用重疊因子比（OFR）來表征高階纖芯模式（LP11）的工作特性，當(dāng)OFR>1時(shí)，表明激光腔內(nèi)可能實(shí)現(xiàn)LP11模式振蕩。研究結(jié)果證明：該光纖支持在LP11模式下工作，并能有效抑制衰減基模（LP01）；CVB激光器1062.36 nm中心波長下輸出3dB帶寬為0.08nm的激光，在閾值為168.76mW時(shí)實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率（63.35%），其中徑向偏振（TM01）和角向偏振（TE01）模式純度分別為94.7%和93.2%。綜上所述，該設(shè)計(jì)方案為精密光學(xué)加工和微操控提供了高純度矢量光源解決方案。



2、光學(xué)輔助無線前傳
        復(fù)旦大學(xué)ASIC與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Mingxu Wang等研究人員設(shè)計(jì)了基于數(shù)字差分脈沖編碼調(diào)制（DDP-FH）的光子輔助D波段無線前傳方案[2]，并進(jìn)行了長度為1.2公里的無線傳輸實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。他們使用保偏光耦合器 （PM-OC）將可調(diào)諧100kHz線寬外腔激光器生成的兩路光載波耦合，并采用強(qiáng)度調(diào)制器（IM）中進(jìn)行電信號調(diào)制，再應(yīng)用可變光衰減器（VOA）調(diào)整光電二極管（UTC-PD）的接收光功率；在UTC-PD中生成125GHz毫米波信號后通過標(biāo)準(zhǔn)喇叭天線（HA）發(fā)送到自由空間，經(jīng)1.2公里的無線傳輸后采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）進(jìn)行離線 DSP處理。研究結(jié)果表明：采用該方案在相同信噪比（SNR）下比采用傳統(tǒng)數(shù)字脈沖編碼調(diào)制（DP-FH）方案節(jié)省了約1.3倍帶寬，且每增加一個(gè)單位帶寬，SNR增益平均提升了5 dB。因?yàn)樵摲桨笇PCM應(yīng)用于光學(xué)輔助無線前傳系統(tǒng)，能提升了帶寬效率和傳輸性能，因此為未來5G/6G無線網(wǎng)絡(luò)的高效前傳提供了新的參考方案。



3、隨機(jī)數(shù)生成器
        日本德島大學(xué)LED光子學(xué)研究所的Omnia Nawwar等研究人員設(shè)計(jì)了基于混沌光頻梳的高速隨機(jī)數(shù)生成（RBG）技術(shù)，并通過數(shù)值模擬研究了射頻帶寬、光學(xué)帶寬和采樣率對隨機(jī)數(shù)生成速率的影響[3]，如圖3所示。研究人員使讓來自每個(gè)梳狀模式的混沌時(shí)間波形以波分復(fù)用（WDM）的形式組合，通過對每個(gè)時(shí)間波形的強(qiáng)度采樣以獲得隨機(jī)值流，然后基于Lugiato-Lefever方程（LLE）分析了泵浦功率、微腔線寬和采樣率等參數(shù)對混沌光頻梳特性的影響，并設(shè)計(jì)了優(yōu)化隨機(jī)數(shù)生成速率的有效方案。研究結(jié)果表明：隨著射頻帶寬的增加，隨機(jī)數(shù)生成速率逐漸飽和，且高采樣率需要更大射頻帶寬支持。綜上所述，該研究揭示了混沌光頻梳參數(shù)與隨機(jī)數(shù)生成速率之間的關(guān)系，為高速隨機(jī)數(shù)生成器的設(shè)計(jì)提供了借鑒方案，尤其在加密通信和計(jì)算模擬領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。



4、自由空間光通信
        深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與通信工程學(xué)院的Jiashun Hu等研究人員在受Tikhonov分布相位誤差影響的雙跳自由空間光（FSO）通信系統(tǒng)中研究了采用多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）調(diào)制時(shí)平均符號錯(cuò)誤率（SER）性能[4]。在信道模型中，研究人員在分析Malaga湍流衰落與指向誤差的基礎(chǔ)上研究了強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測（IM/DD）和外差檢測（HD）兩種工作方式，推導(dǎo)了端到端信噪比（SNR）的概率密度函數(shù)（PDF）和SER閉合表達(dá)式，通過蒙特卡洛仿真驗(yàn)證了理論結(jié)果的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明：相位誤差明顯降低了雙跳FSO系統(tǒng)的平均SER性能，尤其是在高信噪比（SNR）區(qū)域，出現(xiàn)了不可恢復(fù)的SER下限，如圖4所示；雖然高階PSK方案在頻譜效率上表現(xiàn)良好，但對系統(tǒng)相位噪聲敏感。因此，未來在FSO系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，我們必須折衷考慮頻譜效率、魯棒性和復(fù)雜性的綜合影響。



5、光電探測器
        印度理工學(xué)院的Pritika Singh等研究人員設(shè)計(jì)了采用溶膠-凝膠法制備高質(zhì)量氧化鋅（ZnO）薄膜的UV-A選擇性光電探測器[5]，如圖5所示。該器件為金屬-半導(dǎo)體-金屬（MSM）結(jié)構(gòu)，由銀電極和氧化鋅薄膜構(gòu)成。研究人員采用溶膠-凝膠法在玻璃基底上形成沉積ZnO薄膜，然后采用熱蒸發(fā)法在薄膜上涂覆厚度約為80nm的兩個(gè)橫向銀(Ag)電極，應(yīng)用源表（Keithley 2612A）進(jìn)行電流-電壓測量。研究結(jié)果表明，接收信號的最大響應(yīng)為43A/W、半峰全寬（FWHM）為38nm、檢出率為7.4×10-13Jones、外量子效率（EQE）為15444%。綜上所述，上述設(shè)計(jì)方法為制備高可靠的光電探測器提供了一種降本增效的解決方案。



6、光子濾波器
        格拉斯哥大學(xué)的Simeng Zhu等研究人員設(shè)計(jì)了基于啁啾采樣光柵的雙波段可調(diào)諧光子濾波器[6]，如圖6所示。該裝置由一個(gè)等效啁啾采樣光柵（CSG）和兩個(gè)π等效相移（π-EPSs）組成；研究人員通過改變?chǔ)?EPSs的相移量來調(diào)整通帶中心波長，基于等效啁啾技術(shù)設(shè)計(jì)了線性啁啾采樣布拉格光柵，并在光柵腔內(nèi)1/3和2/3處引入兩個(gè)等效相移，從而在+1階通道中形成兩個(gè)通帶。該裝置利用了硅基熱光效應(yīng)，通過在芯片表面集成微加熱器實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)波段的高效調(diào)諧。研究結(jié)果表明：在無注入電流時(shí)，傳輸光譜在阻帶范圍內(nèi)含出兩個(gè)通帶，中心頻率間隔為109.2GHz，消光比為17dB，并在間隔范圍（60GHz~180GHz）內(nèi)具有良好濾波能力。綜上所述，該器件在寬帶通信領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。



參考文獻(xiàn)：
[1]D. Liu et al., "High-Efficiency High-Mode-Purity Cylindrical Vector Beam Based on Ring-Core Yb-Doped Fiber," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 4, pp. 187-190, 15 Feb.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3528345.
[2]M. Wang et al., "Demonstration of 1.2-km D-Band Wireless Fronthaul Using Digital-Differential-PCM Scheme," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 4, pp. 183-186, 15 Feb.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3528329.
[3]O. Nawwar, K. Minoshima and N. Kuse, "Parametric Study of Chaotic Combs for High-Rate Random Number Generation," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 3, pp. 153-156, 1 Feb.1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3522239.
[4]J. Hu, W. Wu, S. Wang, Y. Wu and Z. Zhang, "Error Probability of MPSK With Phase Errors in Dual-Hop FSO Communication Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 4, pp. 231-234, 15 Feb.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3531792.
[5]P. Singh, T. Dixit and V. Singh, "UV-A Selective ZnO Thin-Film Based Photosensor With Enhanced Detectivity and Linear Dynamic Range," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 4, pp. 203-206, 15 Feb.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3529767.
[6]S. Zhu et al., "Dual-Band Photonic Filters With Wide Tunable Range Using Chirped Sampled Gratings," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 3, pp. 169-172, 1 Feb.1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2025.3525549.