2023年1月PTL光通信论文评析
发布时间：2023-03-01 15:09:32 热度：1282
3/01/2023，光纤在线讯，光纤在线特约编辑邵宇丰，王安蓉，陈鹏，李彦霖，李冲，刘栓凡，左仁杰，袁杰，柳海楠，杨林婕，陈超，胡文光，李文臣。
2023年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：偏振分束旋转器、条纹投影轮廓分析、超材料吸波体、光电振荡器、彩色共聚焦显微镜、微波光子学等，笔者将逐一评析。
1、偏振分束旋转器
东南大学的Chunyu Deng等研究人员设计了应用铌酸锂绝缘（LNOI）条形波导的大带宽偏振分束旋转器（PSR），如图1所示。该器件由绝热锥、Y型分束器和多模干涉仪组成（最小特征尺寸大于500nm）[1]。研究结果表明：该器件支持TE偏振光在1514~1640nm宽波长跨度上实现小于1.3dB的低插入损耗（IL）和大于20dB的高偏振消光比（PER）指标；并支持TM偏振光在1502~1549nm宽波长跨度上实现小于1.5dB的IL和大于10dB的PER；测量高PER和低IL器件的工作带宽可以通过增加绝热锥的长度实现。综上所述，该方案在片上偏分复用光传输系统中有较好的应用前景。
2、条纹投影轮廓分析
安徽农业大学的Yuwei Wang等研究人员提出了一种高效无相位纠缠条纹投影轮廓（FPP）分析方案，如图2所示。他们通过相移算法提取被测物体与参考平面的相关相位图，然后比较两幅相位图即直接重建三维形貌。研究人员对标准球体、彩色物体和孤立物体进行了测量（误差值仅为0.066mm），验证了上述方案的测量精度和适用性[2]。研究结果表明，如果被测物在相位域的深度范围在2π以内，则无需实施相位拓展过程，通过将相关相位差转换为绝对相位差可直接重建物体三维形貌。因此，上述方案在质量控制和缺陷检测等工业生产线上具有潜在的应用价值。
3、超材料吸收器
江西师范大学的Biao Wu等研究人员设计了一种双通道可切换型宽带太赫兹超材料吸收器，如图3所示。该器件由如下6层结构组成：VO2贴片、顶部SiO2间隔层、石墨烯薄膜、VO2薄膜、底部Topas间隔层和底部金属层。研究结果表明：当VO2处于绝缘态时可以实现1.31~3.18THz频段内吸收效率大于90%的工作窗口；通过将石墨烯的费米能级从0eV调整到1eV，在频段为2.8THz时可将吸收强度从5.3%动态调整到99%；当VO2处于金属态时可实现4.45~8.40THz频段内吸收率大于90%的另一个工作窗口。另外，该器件的吸收特性具有绝对偏振不敏感性，在较宽入射角度范围内能保持良好特性[3]。因此，上述器件在太赫兹应用领域具有潜在的使用价值。
4、光电振荡器
成都大学的Chengxin Li等研究人员设计了采用级联微波光子滤波器（MPF）且支持稳定输出的广域可调谐光电子振荡器（OEO），如图4所示；其中，级联MPF通过组合有限脉冲响应（FIR）滤波器和含双并行循环延迟线（DP-RDL）的无限脉冲响应（IIR）滤波器来实现。研究表明：通过改变可调光学时间延迟线（OVDL）能生成6.1~119.8GHz频段内的可调谐振荡信号（平均步长为490MHz）；在1小时工作后该器件的最大振荡频率漂移值仅为1.817KHz，远低于无DP-RDL的同类器件[4]。上述器件不仅实现了宽带可调谐性，而且提升了系统稳定性，因此该器件在未来传感器、信号处理和雷达系统等领域具有极大的应用价值。
5、彩色共聚焦显微镜
华侨大学的Yiqing Ye等研究人员设计一种新型彩色微分共聚焦矩阵（CDCM）传感器，如图5所示；与需要光谱扩展和峰值强度波长检测算法进行轴向定位的传统彩色共焦显微镜（CCM）相比，该器件以一对光谱共焦图像为对象来准确辨别表面高度；而且，其中的轴向扫描过程能通过消除残余色差和在两个光谱共聚焦图像之间构建差强信号来实现[5]。研究结果表明，由于无光谱扩展，CDCM比常规CCM至少高一个数量级的高轴向灵敏度；在10 × NA 0.25物镜下，CDCM能实现优于0.1μ m的轴向精度，轴向测量范围为28μm，横向分辨率为0.87μ m，且不受横向色差影响。因此，上述器件在摄像尤其在物镜应用领域具有较高的使用价值。
6、微波光子学
印度理工学院的Rajveer Dhawan等研究人员设计了采用双驱动马赫曾德尔调制器的频率调制连续波（FMCW）雷达应用方案，以支持实现单目标和多目标探测过程，如图6所示。该方案不使用任何光学滤波器从而克服了光带通滤波器频响受限所引起的带宽限制效应，降低了系统应用复杂度[6]。应用该方案在150~210cm不同距离情况下对多个目标（最多4个目标）的进行探测后证明：该方案支持获得小于15cm的距离分辨率，且能够估计不同尺寸目标的宽度；同样的设置可支持检测移动目标的速度；如通过具有更大啁啾带宽及更小雷达横截面来检测目标，则能进一步提升距离分辨率。因此，上述方案在天气监测、导航防御等领域具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]C. Deng et al., "Broadband Polarization Splitter-Rotator on Lithium Niobate-on-Insulator Platform," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 1, pp. 7-10, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3215268.
[2]Y. Wang, K. Yang, Y. Wang, H. Zhu and X. Chen, "Phase Unwrapping-Free Fringe Projection Profilometry for 3D Shape Measurement," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 2, pp. 65-68, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3223110.
[3]B. Wu, X. Liu, G. Fu, G. Liu, Z. Liu and J. Chen, "Bi-Channel Switchable Broadband Terahertz Metamaterial Absorber," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 1, pp. 15-18, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3218133.
[4]C. Li, J. Li, Z. Luo, H. Wang, R. Dai and Z. Wu, "Stable and Widely Tunable Optoelectronic Oscillator Using a Cascade Microwave Photonic Filter," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 2, pp. 73-76, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3220633.
[5]Y. Ye, D. Yi, Z. Liu, W. Jiang and Y. Liu, "Novel Chromatic Differential Confocal Matrix Sensor Using Multiband Spectral Images," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 1, pp. 31-34, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3220401.
[6]R. Dhawan, K. Moyal and A. Choudhary, "Optical Filter-Less Photonic FMCW Radar for Multi-Target Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 2, pp. 81-84, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3224219.
2023年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：偏振分束旋转器、条纹投影轮廓分析、超材料吸波体、光电振荡器、彩色共聚焦显微镜、微波光子学等，笔者将逐一评析。
1、偏振分束旋转器
东南大学的Chunyu Deng等研究人员设计了应用铌酸锂绝缘（LNOI）条形波导的大带宽偏振分束旋转器（PSR），如图1所示。该器件由绝热锥、Y型分束器和多模干涉仪组成（最小特征尺寸大于500nm）[1]。研究结果表明：该器件支持TE偏振光在1514~1640nm宽波长跨度上实现小于1.3dB的低插入损耗（IL）和大于20dB的高偏振消光比（PER）指标；并支持TM偏振光在1502~1549nm宽波长跨度上实现小于1.5dB的IL和大于10dB的PER；测量高PER和低IL器件的工作带宽可以通过增加绝热锥的长度实现。综上所述，该方案在片上偏分复用光传输系统中有较好的应用前景。
2、条纹投影轮廓分析
安徽农业大学的Yuwei Wang等研究人员提出了一种高效无相位纠缠条纹投影轮廓（FPP）分析方案，如图2所示。他们通过相移算法提取被测物体与参考平面的相关相位图，然后比较两幅相位图即直接重建三维形貌。研究人员对标准球体、彩色物体和孤立物体进行了测量（误差值仅为0.066mm），验证了上述方案的测量精度和适用性[2]。研究结果表明，如果被测物在相位域的深度范围在2π以内，则无需实施相位拓展过程，通过将相关相位差转换为绝对相位差可直接重建物体三维形貌。因此，上述方案在质量控制和缺陷检测等工业生产线上具有潜在的应用价值。
3、超材料吸收器
江西师范大学的Biao Wu等研究人员设计了一种双通道可切换型宽带太赫兹超材料吸收器，如图3所示。该器件由如下6层结构组成：VO2贴片、顶部SiO2间隔层、石墨烯薄膜、VO2薄膜、底部Topas间隔层和底部金属层。研究结果表明：当VO2处于绝缘态时可以实现1.31~3.18THz频段内吸收效率大于90%的工作窗口；通过将石墨烯的费米能级从0eV调整到1eV，在频段为2.8THz时可将吸收强度从5.3%动态调整到99%；当VO2处于金属态时可实现4.45~8.40THz频段内吸收率大于90%的另一个工作窗口。另外，该器件的吸收特性具有绝对偏振不敏感性，在较宽入射角度范围内能保持良好特性[3]。因此，上述器件在太赫兹应用领域具有潜在的使用价值。
4、光电振荡器
成都大学的Chengxin Li等研究人员设计了采用级联微波光子滤波器（MPF）且支持稳定输出的广域可调谐光电子振荡器（OEO），如图4所示；其中，级联MPF通过组合有限脉冲响应（FIR）滤波器和含双并行循环延迟线（DP-RDL）的无限脉冲响应（IIR）滤波器来实现。研究表明：通过改变可调光学时间延迟线（OVDL）能生成6.1~119.8GHz频段内的可调谐振荡信号（平均步长为490MHz）；在1小时工作后该器件的最大振荡频率漂移值仅为1.817KHz，远低于无DP-RDL的同类器件[4]。上述器件不仅实现了宽带可调谐性，而且提升了系统稳定性，因此该器件在未来传感器、信号处理和雷达系统等领域具有极大的应用价值。
5、彩色共聚焦显微镜
华侨大学的Yiqing Ye等研究人员设计一种新型彩色微分共聚焦矩阵（CDCM）传感器，如图5所示；与需要光谱扩展和峰值强度波长检测算法进行轴向定位的传统彩色共焦显微镜（CCM）相比，该器件以一对光谱共焦图像为对象来准确辨别表面高度；而且，其中的轴向扫描过程能通过消除残余色差和在两个光谱共聚焦图像之间构建差强信号来实现[5]。研究结果表明，由于无光谱扩展，CDCM比常规CCM至少高一个数量级的高轴向灵敏度；在10 × NA 0.25物镜下，CDCM能实现优于0.1μ m的轴向精度，轴向测量范围为28μm，横向分辨率为0.87μ m，且不受横向色差影响。因此，上述器件在摄像尤其在物镜应用领域具有较高的使用价值。
6、微波光子学
印度理工学院的Rajveer Dhawan等研究人员设计了采用双驱动马赫曾德尔调制器的频率调制连续波（FMCW）雷达应用方案，以支持实现单目标和多目标探测过程，如图6所示。该方案不使用任何光学滤波器从而克服了光带通滤波器频响受限所引起的带宽限制效应，降低了系统应用复杂度[6]。应用该方案在150~210cm不同距离情况下对多个目标（最多4个目标）的进行探测后证明：该方案支持获得小于15cm的距离分辨率，且能够估计不同尺寸目标的宽度；同样的设置可支持检测移动目标的速度；如通过具有更大啁啾带宽及更小雷达横截面来检测目标，则能进一步提升距离分辨率。因此，上述方案在天气监测、导航防御等领域具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]C. Deng et al., "Broadband Polarization Splitter-Rotator on Lithium Niobate-on-Insulator Platform," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 1, pp. 7-10, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3215268.
[2]Y. Wang, K. Yang, Y. Wang, H. Zhu and X. Chen, "Phase Unwrapping-Free Fringe Projection Profilometry for 3D Shape Measurement," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 2, pp. 65-68, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3223110.
[3]B. Wu, X. Liu, G. Fu, G. Liu, Z. Liu and J. Chen, "Bi-Channel Switchable Broadband Terahertz Metamaterial Absorber," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 1, pp. 15-18, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3218133.
[4]C. Li, J. Li, Z. Luo, H. Wang, R. Dai and Z. Wu, "Stable and Widely Tunable Optoelectronic Oscillator Using a Cascade Microwave Photonic Filter," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 2, pp. 73-76, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3220633.
[5]Y. Ye, D. Yi, Z. Liu, W. Jiang and Y. Liu, "Novel Chromatic Differential Confocal Matrix Sensor Using Multiband Spectral Images," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 1, pp. 31-34, 1 Jan.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3220401.
[6]R. Dhawan, K. Moyal and A. Choudhary, "Optical Filter-Less Photonic FMCW Radar for Multi-Target Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 2, pp. 81-84, 15 Jan.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2022.3224219.
