光纖在線特邀編輯：邵宇豐，趙云杰，陳烙，陳福平
    2016年10月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖通信及其子系統(tǒng)、自由空間光通信系統(tǒng)、光信號傳輸、光網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)傳感器及其測量系統(tǒng)，筆者將逐一評析。
1.光纖通信及其子系統(tǒng)
    為了應(yīng)對移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量不斷增加的挑戰(zhàn)，新的4G技術(shù)（LTE-A）和5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前已經(jīng)提出的方案中，如通過有線（銅纜和石英光纖）和無線（毫米波或者基于空間光無線通信）回傳的方案中，通常將家庭網(wǎng)絡(luò)基站和前傳節(jié)點(diǎn)連接在一起支持通信傳輸。不過，基于無線回傳的方案中，毫米波無線傳輸?shù)男盘枙�因�(yàn)槭艿綁Ρ谧钃醵�大大限制了其在室�?nèi)覆蓋的有效范圍；基于有線的回傳方案中，待傳信號的傳輸速率、傳輸距離和和系統(tǒng)成本（針對通信電纜和單模光纖）和相關(guān)信道鋪設(shè)方案（采用CAT6 電纜時(shí)）都無法滿足實(shí)際商業(yè)應(yīng)用的要求。塑料光纖（POF）具有抗電磁干擾，安裝簡單，維護(hù)成本低等特點(diǎn)，為家庭網(wǎng)絡(luò)和室內(nèi)4G/5G有線回傳應(yīng)用帶來巨大的優(yōu)勢。目前，雖然基于采用上-下變頻的副載波調(diào)制和解調(diào)方案，在有限的帶寬內(nèi)通過POF傳輸光信號的解決方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，不過上述方法會增加系統(tǒng)接收機(jī)的成本；如果無線帶通信號和有線基帶信號之間能夠互相實(shí)現(xiàn)共享，室內(nèi)有線回傳系統(tǒng)方案的光電成本將會大幅度降低。圖1為室內(nèi)POF網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，由于傳輸鏈路較短以及缺乏低損耗的POF分離器，因此將家庭網(wǎng)關(guān)與每一個(gè)單獨(dú)房間連接在一起的點(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布置是必不可少的；還有一些已經(jīng)提出研究的方案中采用了不同的調(diào)制格式和均衡技術(shù)，并通過POF來傳輸數(shù)字基帶信號，同多載波調(diào)制（離散多音調(diào)制技術(shù)DMT）方案相比, 無論是在工業(yè)領(lǐng)域還是學(xué)術(shù)領(lǐng)域，脈沖幅度調(diào)制（PAM）被認(rèn)為是傳輸基帶信號最具經(jīng)濟(jì)效益的解決方案。最近，來自荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)COBRA 研究所的研究人員，提出了一種在PMMA漸變型大芯徑POF上傳輸LTE-A和4PAM信號的解決方案。該方案中光纖直徑達(dá)到了1mm，LTE-A信號是由64QAM調(diào)制，采用 8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻段協(xié)同傳輸，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中4PAM信號的傳輸速率為1.4Gbps，經(jīng)過20米的光纖傳輸后的接收信號的頻譜如圖2所示。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案如圖3所示，光傳輸收發(fā)機(jī)由垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）、PIN光電二極管以及跨阻放大器構(gòu)成。由于通過光纖無線通信匯聚（RoF）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了LTE-A信號的傳輸，從而在接收端不需要進(jìn)行信號復(fù)頻率變換過程。實(shí)際中，使用數(shù)字低通濾波器可以有效降低基帶信號與LTE-A信號間的串?dāng)_影響；因此，我們可以以最小的帶寬間隔來分配頻譜資源，使得更多頻段的LTE-A信號來適應(yīng)帶寬有限的漸變型POF傳輸信號，從而進(jìn)一步提升收發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量。實(shí)驗(yàn)研究證明，研究人員提出的方案中，通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量從202Mbps增加到479Mbps。在發(fā)射端采用數(shù)字均衡技術(shù)能夠優(yōu)化單頻段LTE-A信號的收發(fā)質(zhì)量，采用增益控制技術(shù)可以避免VCSEL出現(xiàn)飽和增益的情況，而低成本VCSEL激光器和PIN光電探測器的應(yīng)用則可以進(jìn)一步降低該通信系統(tǒng)的光電器件成本。該系統(tǒng)為家庭的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信提供了一個(gè)可靠、廉價(jià)、高容量的家庭網(wǎng)絡(luò)解決方案，并給用戶帶來了有線服務(wù)和多頻段LTE無線服務(wù)體驗(yàn)。

圖1 室內(nèi)POF網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

圖2 經(jīng)過20米光纖傳輸后4-PAM和LTE-A接收信號的頻譜圖

圖3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案圖，a，光鏈路，b，發(fā)射器，c，接收器

2.自由空間光通信系統(tǒng)
    在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，基于LED的可見光通信（VLC）系統(tǒng)的研發(fā)引起了人們的廣泛關(guān)注，因?yàn)閂LC為下一代自由空間無線光通信的無縫銜接技術(shù)提供了技術(shù)支撐。大多數(shù)關(guān)于VLC系統(tǒng)研究報(bào)道都是針對下行鏈路的通信過程，但關(guān)于上行多址接入方案的研究報(bào)道并不多見。常用的上行通信技術(shù)包含射頻或多址接入通信技術(shù)，前者存在射頻無線通信技術(shù)相關(guān)的瓶頸問題;后者在光域上展現(xiàn)的波分和空分多址接入技術(shù)比較復(fù)雜，且成本較高，都不可取。實(shí)際中，時(shí)分多址接入技術(shù)與單載波調(diào)制技術(shù)的結(jié)應(yīng)用可以提供更高的功效，并能夠降低傳輸有效信號的成本。正交頻分多址接入（OFDMA）技術(shù)在過去被認(rèn)為是VLC中一種很有潛力的多址接入（MA）方案，但是，OFDMA信號的峰均比（PAPR）很高，為了防止過大的互調(diào)失真，LED和放大器必須在大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)保持較高的線性度才能確保通信的過程有效。最近，來自泉州設(shè)備制造研究所、海西研究院以及中國科學(xué)院的研究人員，提出了一種上行鏈路采用交織頻分多址（IFDMA）技術(shù)的VLC系統(tǒng)方案（基于IFDM技術(shù)的系統(tǒng)方案如圖4所示，IFDMA-VLC系統(tǒng)中上行鏈路的實(shí)驗(yàn)方案如圖5所示）。IFDMA-VLC系統(tǒng)具有高頻帶利用率、高功率效率、收發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、抗多徑失真和較低的同步誤差等諸多優(yōu)點(diǎn)，在未來移動(dòng)射頻通信系統(tǒng)和無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）中是一種很有潛力的多址接入技術(shù)方案，與正交頻分多址接入（OFDMA）方法相比，IFDMA調(diào)制形成的信號具有更低的峰均比。眾所周知，在光纖通信系統(tǒng)中最主要的問題是由啁啾效應(yīng)引起的符號間干擾（ISI）問題，而在射頻無線通信系統(tǒng)中最主要的問題是信道延遲和快速衰落問題。在VLC系統(tǒng)中，由多徑效應(yīng)引起的信道延遲問題與射頻通信系統(tǒng)相比較要輕的多，而且VLC不會出現(xiàn)快速衰落問題；然而，VLC系統(tǒng)對LED的非線性響應(yīng)特性較敏感，這將導(dǎo)致降低OFDM-VLC鏈路的功率效率；另外，IFDMA-VLC系統(tǒng)的發(fā)射端對DFT/IDFT技術(shù)要求不高，所以它比OFDM-VLC更適合用于VLC上行鏈路通信，同單載波調(diào)制（如開關(guān)鍵控調(diào)制和脈沖位置調(diào)制）的VLC系統(tǒng)相比，IFDMA-VLC系統(tǒng)具有更高的頻譜效率，同時(shí)插入的循環(huán)前綴（CP）可以有效抵抗多徑衰減和同步誤差。實(shí)驗(yàn)研究證明，在誤碼率達(dá)到1e-5時(shí)，IFDMA-VLC系統(tǒng)中信號的傳輸距離提高了4cm。

圖4 基于IFDMA技術(shù)的系統(tǒng)方案，a，發(fā)射端，b，接收端


圖5 IFDMA-VLC系統(tǒng)中上行鏈路的實(shí)驗(yàn)方案圖

3.光信號傳輸系統(tǒng)
    近幾年，相干光信號收發(fā)機(jī)被認(rèn)為是城域網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)的主要組成器件，為了適應(yīng)當(dāng)前電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求，相干光信號收發(fā)機(jī)的尺寸、成本和功耗需求等諸方面不斷被縮減；由于采用了數(shù)字信號處理（DSP）模塊，相干接收機(jī)（ICR）將會占用很大一部分系統(tǒng)功耗和配置成本，而硅基光電子技術(shù)的出現(xiàn)則為相干接收機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了一個(gè)理想的解決方案。部分電路可以集成在200-300mm大的晶圓上，形成高容量、低成本的光子集成電路（PIC），同時(shí)，因?yàn)楦哒凵渎实奶攸c(diǎn)使得PIC占用很小的空間。有研究報(bào)道指出，在硅集成ICR系統(tǒng)中，利用單極性接收機(jī)和偏振復(fù)用（PDM）接收機(jī)，QPSK和16QAM調(diào)制信號的碼率可以達(dá)到30GBd和28GBd。最近，來自比利時(shí)根特大學(xué)信息技術(shù)部門的研究人員，通過對硅鍺跨阻放大器與集成硅光子電路聯(lián)合設(shè)計(jì)，首次制造出了超小型、低功耗硅集成相干接收機(jī)并將其進(jìn)行了系統(tǒng)級實(shí)驗(yàn)測試。研究證明，采用碼元速率為40GBd的QPSK和16QAM星座圖映射方案調(diào)制和傳輸信號，當(dāng)光信噪比分別為14dB和26.5dB時(shí)，其誤比特率小于3.8e-3。
    在IMEC 的ISIPP25G上研究人員集成的PIC電路包括2個(gè)單極化光柵耦合器，一個(gè)2x4多模干涉儀（MMI）和兩對并行排列的鍺光電二極管（Ge PD），占用面積為0.3x0.7mm2 。光柵耦合器在20nm帶寬下的耦合率范圍為-6.5dB-1dB，在C波段下MMI的相位誤差小于5°，如果考慮到制造工藝的誤差，共模抑制比則小于-20dB。Ge PD的帶寬高于50GHz，在芯片上靈響應(yīng)敏度為0.5A/W，對外部響應(yīng)靈敏度為0.025A/W，偏置電壓為-1V時(shí)暗電流小于15nA。在該系統(tǒng)應(yīng)用方案中，光電二極管以平衡結(jié)構(gòu)放置在一起，從而減少了焊盤的數(shù)量并防止大直流電進(jìn)入跨阻放大器（TIA），簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。

圖6 QPSK-16QAM相干光信號收發(fā)系統(tǒng)方案示意圖

圖7 顯微鏡下PIC與電子集成電路通過焊線連成一體的PIC總體布局圖
    通常WDM-PON系統(tǒng)中使用分布反饋式激光器作為光源(DFB)，而目前更多的相干奈奎斯特WDM-PON實(shí)驗(yàn)研究中，研究人員會選擇昂貴的外腔激光器（ECL）作為光源，這顯然違背了第二代無源光接入網(wǎng)（NG-PON2）的低成本光電器件配置原則。實(shí)際中，當(dāng)使用高階調(diào)制格式如16階正交幅度調(diào)制(QAM)來獲得更高的頻譜效率時(shí)，我們不應(yīng)該忽略相位噪聲的負(fù)面影響。最近，來自中國北京大學(xué)的研究人員在相干光奈奎斯特傳輸系統(tǒng)中提出了一種滑動(dòng)窗輔助相位噪音抑的新方案，不同星座圖映射的調(diào)制方案如正交頻移鍵控（QPSK）和16QAM被應(yīng)用于該方案中。結(jié)果表明，使用研究人員提出的方案，信號的收發(fā)質(zhì)量可以得到有效提升，同時(shí)高成本激光器的要求也會降低。

圖8  利用滑動(dòng)窗輔助相位噪音抑制技術(shù)傳輸奈奎斯特信號的原理圖
    近年來，有研究人員使用低成本電吸收調(diào)制激光器，同時(shí)采用強(qiáng)度和調(diào)制直接檢測技術(shù)對速率為100Gb/s的數(shù)據(jù)進(jìn)行短距離傳輸，而由于光電設(shè)備的帶寬限制和產(chǎn)生超高頻率電信號的困難性，不得不使用多路技術(shù)或雙偏振技術(shù)來增加高速光信號傳輸系統(tǒng)的容量；但上述過程中，多路激光器分別需要獨(dú)立對應(yīng)的調(diào)制器與之配合使用，這樣無疑將會增加系統(tǒng)成本的功耗預(yù)算。最近，來自香港理工大學(xué)的研究人員證明了單信道120G波特偏振復(fù)用非歸零（PM-NRZ）（240Gb/s，使用20%軟判決前向糾錯(cuò)碼的實(shí)際速率為200Gbit/s）信號的產(chǎn)生和傳輸，該方案使用了一個(gè)單片雙面電吸收調(diào)制分布反饋激光器（DFB）和直接檢測技術(shù)。將兩路NRZ信號放大至峰峰值為1.8V后用來驅(qū)動(dòng)雙面電吸收激光器（EML）光發(fā)射端子部件（TOSA）。兩路射頻信號的最優(yōu)偏置電壓分別為−0.7V和−0.7V，DS-EML輸出端的兩路光信號的功率分別為−8.5dBm和−8.3dBm，這兩路光信號彼此偏振正交。PM-NRZ信號的功率為−5.7dBm，中心波長為1555.74nm�？勺児馑�減器用來調(diào)節(jié)接收信號的功率。反射端和接收端的帶寬分別為35GHz 和50GHz，小于傳輸信號的奈奎斯特帶寬（對于120Gbaud/s的信號來說是60GHz）。研究人員提出了直接檢測快速奈奎斯特(DD-FTN)技術(shù)來恢復(fù)被過度過濾的信號。信號通過帶寬限制的系統(tǒng)將會在高頻處產(chǎn)生大的衰減，導(dǎo)致嚴(yán)重的符號間干擾。以直接檢測-最小均方差算法（DD-LMS）為基礎(chǔ)的線性均衡器通過提高高頻部分的功率來補(bǔ)償符號間干擾，但是同時(shí)也放大了帶內(nèi)噪音信號，導(dǎo)致有效信噪比的減小。試驗(yàn)結(jié)果表明，DD-FTN技術(shù)可以提高誤碼率表現(xiàn)。由于光纖的色散效應(yīng)存在，如果不采取任何的光信號色散補(bǔ)償技術(shù)就會導(dǎo)致更差的接收性能。但是，該實(shí)驗(yàn)方案仍能通過使用有效的數(shù)字處理技術(shù)來獲得低于20%的前向糾錯(cuò)碼極限值的誤碼率；并且光信號在傳輸2km后其20%的前向糾錯(cuò)碼判決處接收靈敏度為−13.5dBm。

圖9  光信號收發(fā)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖

4.光網(wǎng)絡(luò)
    在可見光通信（VLC）系統(tǒng)中，波分復(fù)用(WDM)技術(shù)可以使用不同顏色光的發(fā)光二極管發(fā)射器，產(chǎn)生的幾種顏色的光可以單獨(dú)調(diào)制產(chǎn)生白光。一般的WDM系統(tǒng)使用紅綠藍(lán)（RGB）發(fā)光二極管（LED）光源。正交頻分復(fù)用技術(shù)是一種有效的調(diào)制格式，可以減少高亮度LED引起的帶寬限制，也可以減少由于長符號周期和循環(huán)前綴引起的符號間干擾。當(dāng)VLC系統(tǒng)用在室內(nèi)照明，最普遍的光亮指標(biāo)為顯色指數(shù)（CRI）。近期的許多研究中，系統(tǒng)傳輸速率和功率都針對色散做了最優(yōu)化，但是沒有考慮到其它參數(shù)影響。最近，來自馬來西亞莫納什大學(xué)的研究人員在基于正交頻分復(fù)用技術(shù)的VLC系統(tǒng)中分析了光照度和信噪比（SNR）之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于LED的光譜特性，限制容量和照明度的主要因素是紅色LED信道。研究人員提出用一個(gè)額外的紅色LED和一個(gè)未經(jīng)調(diào)制的LED交替使用來減少相應(yīng)的影響，從而獲得了大容量和高照明度。
    寬帶光接入服務(wù)已經(jīng)被用來實(shí)現(xiàn)光纖到戶（FTTH）的寬帶通信業(yè)務(wù)。由于光纖損壞會造成服務(wù)的中斷以及大量數(shù)據(jù)的損失，可能會引起用戶的抱怨，從而影響光通信服務(wù)質(zhì)量（QoS）的提高。無源光接入網(wǎng)絡(luò)（PON）系統(tǒng)的監(jiān)控被看作是一種有效的方式來提高光接入網(wǎng)的可靠性，同時(shí)也減少運(yùn)營成本，改善用戶滿意度。傳統(tǒng)的技術(shù)通常使用光時(shí)域反射儀(OTDR)來檢查和定位故障，在光纖鏈路中注入一個(gè)短探測脈沖，測量光纖鏈路中相應(yīng)的反饋信號，但是該技術(shù)在點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(P2MP)中是無效的。基于布里淵光時(shí)域反射儀(B-OTDR)的PON監(jiān)測技術(shù)是在中心局(CO)使用一個(gè)B-OTDR�；�于光頻域反射儀(OFDR)的監(jiān)測技術(shù)是將一個(gè)頻率調(diào)制連續(xù)波信號輸入網(wǎng)絡(luò)，通過每個(gè)干涉單元測量產(chǎn)生干涉信號來進(jìn)行監(jiān)測。以上所述的兩種監(jiān)測技術(shù)都增加了用戶所在地設(shè)備的復(fù)雜性。最近，來自中國東南大學(xué)的研究人員提出一種使用級聯(lián)的編碼器的遠(yuǎn)程編碼方案。在該方案中，監(jiān)測信號不是在光網(wǎng)絡(luò)單元處產(chǎn)生，而是在遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生。級聯(lián)的編碼器由1×2功率分配器/組合器(PSCs)和光纖布拉格光柵(FBGs)組成，F(xiàn)BG和兩個(gè)PSC的連接遵循特定的連接規(guī)則，以此來保證光柵數(shù)目最小化。在遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，級聯(lián)的編碼器有選擇地反射波長成分給每個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元。所有的監(jiān)測信號被相同的反射儀發(fā)射，然后通過光循環(huán)器輸入接收模塊。全部的信號通過一個(gè)波分解復(fù)用器解(DEMUX)解復(fù)用給P路波長信道，接著被多個(gè)光電檢測器（PD）檢測。對應(yīng)的信號輸入至網(wǎng)絡(luò)識別算法模塊，用來評估網(wǎng)絡(luò)有效狀態(tài)。由于監(jiān)測信號的特性，網(wǎng)絡(luò)識別算法可以明顯地被簡化來減少計(jì)算量。非等距的誤報(bào)率（FAR）在光網(wǎng)絡(luò)中被評估。研究結(jié)果顯示，使用8個(gè)光網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測單元的相關(guān)系統(tǒng)證明了研究人員提出方案的靈活性。

圖10 基于級聯(lián)編碼器的光信號傳輸系統(tǒng)方圖

5.光學(xué)傳感器及其測量系統(tǒng)
    最近幾年，科學(xué)界對費(fèi)諾共振的研究越來越多，因?yàn)橘M(fèi)諾共振在電磁誘導(dǎo)性、慢光生成、生物和化學(xué)傳感器等方面應(yīng)用比較廣泛。費(fèi)諾共振也稱為費(fèi)諾效應(yīng)，作為量子力學(xué)的一種現(xiàn)象由費(fèi)諾第一次提出。后來，這種非對稱的費(fèi)諾共振也可以在光子學(xué)、等離子體光學(xué)和光子特異材料等領(lǐng)域上采用經(jīng)典方法可以實(shí)現(xiàn)。在過去的幾年中，費(fèi)諾共振發(fā)生器在基于光學(xué)或者等離子體的系統(tǒng)應(yīng)用上得到不斷優(yōu)化。在耦合系統(tǒng)中，不同結(jié)構(gòu)共振導(dǎo)致的磁場會使不同等離子體模式雜化。在相鄰諧振之間的近場耦合可以顯著改變光學(xué)特性和在一個(gè)完全非對稱共振模式中的結(jié)果，這一點(diǎn)類似于費(fèi)諾共振。當(dāng)兩種模式有相同的諧振頻率時(shí)，它們的耦合會產(chǎn)生電磁透明感應(yīng)（EIT）。它的特點(diǎn)是在傳輸窗口中會有一個(gè)急速轉(zhuǎn)變使系統(tǒng)減少對輸入輻射的影響。費(fèi)諾共振或EIT可以在接近共振時(shí)提供高質(zhì)量的品質(zhì)因子。因此，這是遙感應(yīng)用深層次的研究。在非對稱異相介質(zhì)諧振器結(jié)構(gòu)中，當(dāng)品質(zhì)因數(shù)Q=28時(shí)，會產(chǎn)生很強(qiáng)烈的費(fèi)諾共振，但費(fèi)諾共振的非對稱性通常是發(fā)生共振的時(shí)候，而這反過來又導(dǎo)致較大的光的群速度減少。研究人員也提出了一種基于EIT可以產(chǎn)生慢光效應(yīng)的MDM波導(dǎo)設(shè)計(jì)方案，并且指出MDM波導(dǎo)也可以被應(yīng)用為是慢光生成的理想平臺。
    如果遙感應(yīng)用使用慢光實(shí)現(xiàn)探測，那么其使用的傳感器的敏感性會因?yàn)楣馀c物質(zhì)的相互作用而極大增強(qiáng)。研究人員曾經(jīng)提出過一種基于慢光的位置傳感器，這種慢光的信號具有較高的敏感性�；�于慢光的液體折射傳感器也展示了它具有將近1mm的超大靈敏性，這種基于折射率感應(yīng)器的慢光，在測量時(shí)可以大大降低感應(yīng)地區(qū)的敏感性，相關(guān)慢光效應(yīng)是在耦合雙諧振器中MDM波導(dǎo)中生成的，其透射譜的品質(zhì)因數(shù)可以到達(dá)80并且它的極窄線寬僅僅為19納米。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，它的相位敏感度可以提升很高。盡管在之前從基于光纖的傳感器中可以得到相比較大的感應(yīng)區(qū)域，但是不能得到相對較大的靈敏度�？紤]到慢光的作用，相位靈敏度的變化也會導(dǎo)致光群遲延的變化，而獲得相位靈敏度則可以進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。因此，通過結(jié)合MDM波導(dǎo)和慢光的優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高設(shè)備的敏感度，并且可以使光學(xué)傳感器上的芯片在微型設(shè)備中運(yùn)行有效。最近，來自印度國立技術(shù)學(xué)院電子與通信工程系的研究人員設(shè)計(jì)了一種超緊湊等離子體波傳感器，并對它的特性進(jìn)行了深入探討。諧振器之間的耦合會導(dǎo)致非對稱輪廓共振，這就是費(fèi)諾共振。費(fèi)諾共振的特點(diǎn)是有很高的品質(zhì)因數(shù)以及很窄的FWHM。費(fèi)諾共振的這種特點(diǎn)，使得它可以應(yīng)用到高敏感度的折射率傳感器中。在理想的傳感器中，最高的敏感度為S=510nm/RIU以及有較小的FWHM（=19nm）�？紤]到慢光的影響，相位的敏感度也需要精確計(jì)算。因此，這種芯片光學(xué)傳感器設(shè)備是可以在氣體中進(jìn)行感知測試。

圖11 MDM波導(dǎo)應(yīng)用的簡略圖
    因?yàn)槲⑿突�技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)探測、快速響應(yīng)、高靈敏度、表面等離子共振（SPR）的技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在化學(xué)和物理傳感器件中。同基于SPR的傳感器相比，基于光纖的傳感器在環(huán)境監(jiān)控、生物傳感檢測、和化學(xué)分析方面發(fā)展更為迅速，因?yàn)樗�具有更好的便攜性和成本效益。在最近幾年，貴金屬納米粒子結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛研究。由于光具有吸收特性以及貴金屬納米粒子的散射特性(比如金和銀)，在許多領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用了局部等離子共振傳感器（LSPR)。許多基于LSPR的傳感器以及相關(guān)設(shè)備已經(jīng)被研制出來,如U型光纖探針、基于LSPR的錐形光纖傳感器、基于高靈敏度LSPR的電池供電的生物檢測系統(tǒng)。依據(jù)基于LSPR的新型光纖折射理論，在光纖結(jié)構(gòu)中，研究人員提出了一種新型的包層結(jié)構(gòu)，金屬納米粒子（GNPs）直接應(yīng)用于纖維表面涂層，從而可以提升光纖的加工特性。由于小型化系統(tǒng)不需要配置額外電源，因此可以很方便的在任意場合中應(yīng)用。
    最近，來自大連理工大學(xué)的研究人員提出了一種基于LSPR的毛細(xì)血管檢測傳感器設(shè)計(jì)方案。在該方案中，通過將GNPs固定到毛細(xì)血管的內(nèi)壁，LSPR的吸收特性可以在透射譜中展示出來。在這種檢測系統(tǒng)被建立之后，LSPR傳感器可以分析不同RIs液體的傳輸特性。和其它光纖傳感器相比，該傳感器靈敏度更高，它可以分析固定在敏感元件表面的轉(zhuǎn)鐵蛋白以及抗轉(zhuǎn)鐵蛋白的特性。LSPR傳感器被廣泛應(yīng)用于生物分析研究中，因?yàn)樗�的結(jié)構(gòu)簡單并且容易制造。與傳統(tǒng)光纖傳感器不同的是，LSPR傳感器在毛細(xì)血管內(nèi)的感應(yīng)區(qū)域是安全的。這種效益成本高的LSPR生物傳感器很適合微型測量，因此臨床治療中特別需要這項(xiàng)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)也為生物微樣品檢測提供了一種便宜、方便、有效的方法（其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖12所示）。




圖12 （a）基于LSPR微毛細(xì)血管微型傳感器的實(shí)驗(yàn)裝置；（b）LSPR傳感器探頭的原理圖；（c）固定在毛細(xì)血管內(nèi)壁的GNPs吸收光譜圖；（d）固定在傳感器表面的GNPs掃描電鏡照片