光纖在線特邀編輯：邵宇豐 季幸平 
 2018年3月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光網(wǎng)絡(luò)及其子系統(tǒng)、無源和有源光子器件、光傳輸、光調(diào)制與光信號(hào)處理、光纖技術(shù)，筆者將逐一評析。

光網(wǎng)絡(luò)及其子系統(tǒng)
    來自南京大學(xué)光通信工程研究所的科研人員研究發(fā)現(xiàn)， 相敏光時(shí)域反射儀（OTDR）可通過連續(xù)探測脈沖來測算瑞利背散射下干涉衰落的模式方差值，并支持沿傳感光纖動(dòng)態(tài)測量外部的干擾。即使沒有干擾，由于光源頻率漂移（LSFD）的影響， OTDR接收到的跡線緩慢并具有顯著失真。科研人員研究證明，這種跡線到跡線的慢失真加劇了捕獲低頻響應(yīng)的難度。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于激光頻率掃描和互相關(guān)計(jì)算的有源補(bǔ)償方法可以有效抑制LSFD（實(shí)驗(yàn)方案如圖1所示）。采用主動(dòng)補(bǔ)償方法，可以實(shí)現(xiàn)對LSFD的跟蹤，并且可以極大地抑制跡線到跡線的失真。在平均頻率漂移速度為1.68 MHz / s的情況下，可以成功識(shí)別出0.5 Hz的振動(dòng)效應(yīng)，這將OTDR傳感系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到了準(zhǔn)靜態(tài)測量領(lǐng)域。

圖1 采用主動(dòng)補(bǔ)償方法的實(shí)驗(yàn)方案

無源和有源光子器件
    來自中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所全固態(tài)光源實(shí)驗(yàn)室的科研人員，詳細(xì)分析了能支持高功率工作的1×4全光纖功率分配器，并進(jìn)行了首次實(shí)驗(yàn)演示。他們采用融合錐形技術(shù)和熔接拼接技術(shù)制備的分光器是由一根芯直徑為400微米的輸入光纖和四根芯徑為200微米的輸出光纖組成�？蒲腥藛T在高達(dá)166W的激光功率下對該分配器進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明，分配器實(shí)現(xiàn)了0.56 dB的低損耗，并且在端口到端口的功率分配比例中，具有小于0.3 dB的優(yōu)異均勻性。采用三維光束傳播法的數(shù)值模擬仿真結(jié)果表明，通過修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，該分路器的性能可以得到進(jìn)一步優(yōu)化。 
    來自天津工業(yè)大學(xué)理學(xué)院的科研人員設(shè)計(jì)了一種集成3×3耦合器耦合，具有雙環(huán)慢光結(jié)構(gòu)（DRSLS）的光學(xué)陀螺儀�？蒲腥藛T詳細(xì)分析了用于提高角速度檢測靈敏度的技術(shù)，并推導(dǎo)了反向傳播間DRSLS旋轉(zhuǎn)相位差的表達(dá)式。在實(shí)驗(yàn)中，Y波導(dǎo)集成相位調(diào)制器用作光束分離器和組合器，通過向調(diào)制器施加方波后，科研人員測試了系統(tǒng)響應(yīng)的最佳靈敏度，實(shí)驗(yàn)證明信號(hào)檢測的復(fù)雜度也大大降低了。
    來自英國南安普頓大學(xué)光電研究中心的科研人員提出并證明了一種基于四波混頻的相位敏感（PS）實(shí)驗(yàn)方案，該方案通過顯著增加參量衰減分量（在非線性相移低至0.3rad時(shí)），由偏振器實(shí)現(xiàn)理想二進(jìn)制階躍相位傳遞函數(shù)的功能。PS方案是通過極化混頻鎖相和正交極化信號(hào)與空載混合獲得，此方案是采用雙泵矢量參量放大器設(shè)計(jì)的。
    來自中國北京國家計(jì)量院、天津大學(xué)光電子信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員，設(shè)計(jì)使用頻率梳和可調(diào)激光器進(jìn)行絕對距離測量的方法（在射頻區(qū)域可以獲得許多拍頻分量）。拍頻信號(hào)的相位可以確定傳輸距離。通過略微調(diào)整頻率梳的重復(fù)頻率，可將傳輸距離擴(kuò)展到105米。
    來自廣東省光子傳感與通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、暨南大學(xué)光子技術(shù)研究所的科研人員，分析研究了基于超細(xì)纖維布拉格光柵（mFBGs）和鈀鍍層的氫氣傳感器。由于與涂覆的鈀膜層具有瞬逝場相互作用，當(dāng)它暴露于濃度為5％的氫環(huán)境中時(shí)， 3.3μm的光柵反射峰將會(huì)偏移-1.08nm， 由此產(chǎn)生的波長偏移比傳統(tǒng)單模光纖中產(chǎn)生的波長偏移要高26倍。通過理論計(jì)算和分析測試結(jié)果，在較強(qiáng)的漸逝場中較薄的光柵可實(shí)現(xiàn)較高的檢測靈敏度（溫度靈敏度僅僅增加了27％，反射峰移的響應(yīng)時(shí)間約為60s）。
    來自印度德里國立技術(shù)學(xué)院物理系和應(yīng)用科學(xué)系的科研人員，設(shè)計(jì)了一種工作在近紅外區(qū)域的基于氟玻璃-銀-石墨烯等離子體激元結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振傳感器�？蒲腥藛T詳細(xì)分析了石墨烯化學(xué)勢（μ）與石墨烯層數(shù)（L）相結(jié)合對傳感器性能的影響。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，對于石墨烯單層（L=1）結(jié)構(gòu)，當(dāng)0.7 <μ<1eV時(shí)，傳感器可以穩(wěn)定工作。

光傳輸
    來自葡萄牙里斯本大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系和電信研究院的科研人員，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，采用虛擬載波輔助直接檢測技術(shù)及分配2.85GHz的接收器帶寬可以搭建100Gb/s超密集多頻帶正交頻分復(fù)用（MB-OFDM）系統(tǒng)（采用了9個(gè)頻帶間隔為6 GHz、帶寬容量為11 Gb/s的OFDM頻帶信號(hào)）。該系統(tǒng)能夠在低復(fù)雜度的情況下實(shí)現(xiàn)單頻帶提取，并且提供較高的間隔尺寸、靈活性和可擴(kuò)展性，適用于大城市通信接入網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在誤碼率低于前向糾錯(cuò)門限的情況下，沿著城域網(wǎng)九個(gè)頻段的100Gb/s MB-OFDM信號(hào)成功完成了150公里的傳輸�？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，當(dāng)信號(hào)發(fā)射到每個(gè)光纖跨度的光功率電平在0到4 dBm范圍內(nèi)時(shí)，其信號(hào)的傳輸損耗類似于背對背系統(tǒng)。
    來自加拿大渥太華大學(xué)電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院微波光子學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室的科研人員，提出并實(shí)驗(yàn)研究了一種基于相位調(diào)制的光纖微波傳輸信號(hào)。在發(fā)射機(jī)中，科研人員使用包含相位調(diào)制器（PM）的薩尼亞克（Sagnac）回路產(chǎn)生了兩個(gè)正交偏振的光信號(hào)，其中一個(gè)是經(jīng)過相位調(diào)制的，另一個(gè)則未經(jīng)過調(diào)制，直接作為遠(yuǎn)程光學(xué)參考信號(hào)。正交偏振光信號(hào)通過單模光纖（SMF）傳輸?shù)綐O化和相位分集相干接收機(jī)，并且在接收機(jī)進(jìn)行相干檢測。由于經(jīng)過相位調(diào)制的信號(hào)和參考信號(hào)都是通過相同的SMF傳輸?shù)模�所以兩個(gè)信號(hào)的光學(xué)相位相關(guān)，并且可以采用數(shù)字信號(hào)處理算法來恢復(fù)原始信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與不使用光相位相關(guān)參考信號(hào)的相位調(diào)制和相干I / Q解調(diào)鏈路相比，該傳輸鏈路的傳輸距離從50米擴(kuò)展到了100千米，并且實(shí)現(xiàn)了-9.5 dB的鏈路增益和115.8 dB·Hz2 / 3的無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）。
    來自韓國大田電子通信研究所與材料研究實(shí)驗(yàn)室的科研人員基于低成本波分復(fù)用的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一種多通道、λ/ 4位移的分布式反饋激光二極管陣列（DFB-LDA）�？蒲腥藛T分別利用選擇性生長和電子束光刻技術(shù)控制每個(gè)通道的增益譜和發(fā)射波長。為了降低功耗并提高DFB-LDA的通道均勻性，科研人員引入了平面埋置異質(zhì)結(jié)構(gòu)（PBH）設(shè)計(jì)，并且以臺(tái)面形式（即蝕刻的臺(tái)面PBH）蝕刻包含有源區(qū)和電流阻擋結(jié)構(gòu)的區(qū)域�？蒲腥藛T研究表明，一個(gè)8通道300μm長抗反射（AR）且具有λ/ 4偏移的DFB-LDA閾值電流為10 mA，±1.5 mA，并且所有通道的邊模抑制比均超過50 dB。該LDA的傳輸實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在10 Gb / s傳輸速率時(shí)，在2 km傳輸后功率損失小于2 dB。
    來自愛爾蘭都柏林城市大學(xué)電子工程學(xué)院無線電和光通信實(shí)驗(yàn)室的科研人員，采用光纖注入鎖定技術(shù)分析研究了一個(gè)獨(dú)立四輸出波長的解復(fù)用器，并實(shí)現(xiàn)了放大和功率均衡性能的測試過程。他們將每個(gè)輸出波長的光功率從-30dBm放大到5 dBm，并引入了12.5GHz和6.25GHz兩種輸入間隔的變化驗(yàn)證了解復(fù)用器的靈活性。他們還在100km距離奈奎斯特超密集波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中對解復(fù)用器的系統(tǒng)性能進(jìn)行了測試（其中奈奎斯特極化分頻多路復(fù)用信號(hào)是采用正交相移鍵控編碼的）。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，與400kHz線寬梳狀源激光器相比，該設(shè)備在1.5e-2誤碼率下的接收靈敏度為1.5dB。

光調(diào)制與光信號(hào)處理
    來自美國亞特蘭大佐治亞理工學(xué)院、中國上海國家寬帶網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用工程研究中心的科研人員，分析了400 GE單載波電子時(shí)分復(fù)用信號(hào)的生成與檢測過程（其中的信號(hào)是基于120GBd 脈寬調(diào)制及四級(jí)脈沖幅度調(diào)制的信號(hào)而生成）�？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，通過使用新型預(yù)均衡方案，信號(hào)收發(fā)性能得到顯著改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)該信號(hào)的傳輸速率達(dá)到480Gb/s時(shí)，引入20％的前向糾錯(cuò)開銷仍然能夠維持該信號(hào)以400 Gb/s的速率進(jìn)行傳輸。
    來自意大利比薩圣安娜高等學(xué)校的科研人員，設(shè)計(jì)了用于解調(diào)波分復(fù)用（WDM）差分相移鍵控信號(hào)的緊湊型器件，該解調(diào)器集成在帶有半導(dǎo)體光學(xué)前置放大器的磷化銦（InP）平臺(tái)上。他們采用半導(dǎo)體光放大器和自組陣列波導(dǎo)光柵（AWG）制備了光子集成電路（用于狹窄濾波條件下實(shí)現(xiàn)WDM信號(hào)的解調(diào)）。實(shí)驗(yàn)研究表明，在八路100GHz間隔AWG的輸出通道上，能實(shí)現(xiàn)了56Gb/s信號(hào)的解調(diào)。
    來自越南胡志明市理工大學(xué)電子工程系和電信工程系的科研人員，通過實(shí)驗(yàn)研究分析了使用有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的可見光通信（VLC）系統(tǒng)。盡管是采用差分脈沖位置調(diào)制和比較器來簡單集成的可見光通信系統(tǒng)，但其比特率達(dá)到了OLED 3dB調(diào)制帶寬比的19.7倍。因此，該系統(tǒng)要比很多對VLC采用復(fù)雜調(diào)制、均衡和同步算法的類似系統(tǒng)更有應(yīng)用價(jià)值。科研人員研究發(fā)現(xiàn)，如果采用異步傳輸方法法，該系統(tǒng)在在同樣傳輸距離上可實(shí)現(xiàn)比特傳輸速率為其他類似系統(tǒng)的四倍。值得注意的是，該系統(tǒng)是首次使用OLED在138kb/s比特率和40厘米傳輸距離條件下實(shí)時(shí)傳輸VLC信號(hào)的通信系統(tǒng)。
    來自美國加利福尼亞州斯坦福大學(xué)電子工程系光子學(xué)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的科研人員，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在含色散補(bǔ)償?shù)?00公里標(biāo)準(zhǔn)單模光纖密集波分復(fù)用系統(tǒng)中使用封裝可調(diào)諧激光器的可行性，并驗(yàn)證了采用10Gb/s磷化銦（InP ）馬赫增德爾（Mach-Zehnder）調(diào)制器可以實(shí)現(xiàn)56 Gb/s四電平脈沖幅度調(diào)制信號(hào)的電光調(diào)制過程（如圖2所示）�？蒲腥藛T考慮到該系統(tǒng)存在的限制傳輸因素，例如帶寬、殘余色散、光纖非線性和激光頻率漂移，因此他們對這些參數(shù)進(jìn)行了討論分析。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，該方案可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心互連的光網(wǎng)絡(luò)中，并可提供大于4Tb/s的通信容量。

圖2  56 Gb / s PAM信號(hào)的100公里傳輸方案

    來自華為技術(shù)有限公司深圳傳輸技術(shù)研究部的科研人員研制了一種8×8靈活波長交叉連接開關(guān)（FWXC），它支持無競爭特性的柔性柵格波長分配切換過程�？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，目前應(yīng)用的大多數(shù)開關(guān)具有插入損耗大和端口易串?dāng)_的特點(diǎn)；而FWXC是一種支持四方向的緊湊無色、無方向、可重構(gòu)的光學(xué)分插復(fù)用器�？蒲腥藛T對10G、40G、100G的混合信號(hào)進(jìn)行了測試；結(jié)果證明：測試到的光信噪比（OSNR）損耗小于0.25 dB。

光纖技術(shù)
    來自重慶大學(xué)光電技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員對被動(dòng)鎖模光纖激光器中的偏振切換過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，該激光器是采用高度非線性元件（通過將還原的氧化石墨烯沉積到纖維錐上）形成，具有飽和吸收效應(yīng)和高非線特性�？蒲腥藛T增加了泵浦功率，把激光從自脈沖模式轉(zhuǎn)換到矩形脈沖模式，顯示出了不同的偏振轉(zhuǎn)換特性。在低泵浦功率下，偏振開關(guān)效應(yīng)很弱。在足夠高的泵浦功率下，科研人員發(fā)現(xiàn)激光器的極化切換變得明顯，并且開關(guān)頻率可達(dá)基本腔往返頻率的兩倍。除了對特定的高泵浦功率研究之外，隨科研人員還首次介紹了該激光器的工作流程，這為在鎖模激光器中開發(fā)更完整的偏振轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)理論模型提供了有用信息。
    來自西班牙巴斯克地區(qū)大學(xué)畢爾巴鄂高等研究所的科研人員，介紹一種易于制備且具有高度靈敏的光纖溫度傳感器。該裝置由一個(gè)光學(xué)超細(xì)纖維模式干涉儀組成，其中干涉儀是嵌入在用于包裝材料的高熱光系數(shù)聚合物中的（如圖3所示）。溫度是改變聚合物折射率的一個(gè)因素，因此干涉模式之間的相位差導(dǎo)致了干涉圖案顯著的波長偏移�？蒲腥藛T在20°C至48°C范圍內(nèi)對傳感器進(jìn)行測試，其溫度靈敏度為3101.8 pm /°C。研究結(jié)果表明，該傳感器的簡單性和優(yōu)異性能，使其在多種應(yīng)用中具有廣泛前景。

圖3 測量設(shè)置的原理圖

    來自上海市固體激光應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的科研人員，構(gòu)建了一個(gè)可在1000到1099 nm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)諧的Yb摻雜線性極化光纖環(huán)振蕩器，并且研究了光纖環(huán)振蕩器的放大效應(yīng)（特別是在1000-1025nm短波長范圍內(nèi)的放大效應(yīng)）（如圖4所示）�？蒲腥藛T采用全光纖單模偏振保持主振蕩功率放大器，實(shí)現(xiàn)了在1010到1090 nm波長范圍內(nèi)超過10 W的輸出，并在1014到1080 nm波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超過30 W的輸出。當(dāng)波長小于1020nm時(shí)，插入的帶通濾波器可以抑制自發(fā)輻射放大過程。科研人員研究發(fā)現(xiàn)該振蕩器的應(yīng)用范圍很廣泛，包括Yb摻雜固體的激光冷卻應(yīng)用也可用到它。


圖4 可調(diào)諧光纖激光器的配置圖

    來自天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院光電信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員，制備并研究了鈦內(nèi)擴(kuò)散鈮酸鋰（Ti：LiNbO3）帶狀波導(dǎo)中的電光長周期光柵（其中的帶狀波導(dǎo)是嵌入平面波導(dǎo)中的）（如圖5所示）。該電光長周期光柵的制備從沿Z軸切割的鋼板開始，經(jīng)歷了平面波導(dǎo)、帶狀波導(dǎo)、SiO2緩沖層和周期性電極的集成工藝過程。實(shí)驗(yàn)研究證明，在1.1到1.3μm波長范圍內(nèi)可以觀察到節(jié)距為675μm的抑制帶，在360 V驅(qū)動(dòng)電壓下可獲得27 dB的最大對比度。科研人員發(fā)現(xiàn)該頻帶隨著電壓增加而出現(xiàn)線性紅移現(xiàn)象。當(dāng)電壓從100V增加到500V并且持續(xù)1分鐘時(shí)，頻帶偏移值約160nm�？蒲腥藛T認(rèn)為原因是平面波導(dǎo)和條形波導(dǎo)中不同的光折射效應(yīng)導(dǎo)致電壓的增加引起頻帶線性紅移，從而使得對比度下降。

圖5近場測量實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

    來自武漢理工大學(xué)理學(xué)院與光纖傳感技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室的科研人員，采用新方案制備了金納米棒（GNR），同時(shí)用磷脂酰膽堿（PC）優(yōu)化了用于氫氧化銨檢測的表面。十六烷基三甲基溴化銨是GNRs的保護(hù)劑，它在氯仿溶液中可加強(qiáng)GNR氫氧化銨的靈敏性�？蒲腥藛T通過紫外-可見（UV-vis）光譜、ζ電位測量、傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和掃描電子顯微鏡進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。采用PC取代后，科研人員測量出UV-vis光譜縱向等離子體吸收帶（LPAB）中的藍(lán)移為9.2nm，并且該ζ電位值降低了16.8mV。通過UV-vis光譜表征對氫氧化銨的響應(yīng)，科研人員發(fā)現(xiàn)在LPAB強(qiáng)度和氫氧化銨量之間存在線性關(guān)系，并且每1％氫氧化銨（g / ml，NH3重量相對于待測溶液體積）能獲得11.46 a.u.的靈敏度。當(dāng)氨含量高達(dá)0.065％時(shí)，響應(yīng)時(shí)間為180±30秒�？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，用PC改進(jìn)的GNR最低檢測容限為0.004％，遠(yuǎn)低于工業(yè)中廣泛使用的電容型氫氧化銨檢測（0.1％）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，PC改性的GNR作為氫氧化銨傳感器具有潛在的應(yīng)用前景。
    來自中國計(jì)量學(xué)院光電技術(shù)學(xué)院和湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院的科研人員，將基于單模-薄芯-單模光纖的夾層結(jié)構(gòu)的Mach-Zehnder干涉儀插入到光纖環(huán)形激光腔中，形成了激光彎曲傳感器。該傳感器對溫度不敏感，具有約0.61dBm的輸出光強(qiáng)度和高達(dá)約63dB的光信噪比，可實(shí)現(xiàn)約0.01nm的窄光譜寬度和約1.04nm / m-1的良好彎曲靈敏度。