2021年4月PTL光通信论文评析

光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，胡钦政，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨骐铭，于妮
8/09/2021，光纤在线讯，2021年4月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纤激光器、自混频干涉仪、无线光通信系统、滤波器和应变传感器等，笔者将逐一评析。

1、光纤激光器

    华南理工大学的Xu Cen等研究人员采用1.8厘米掺Tm3+锗酸盐光纤（TGF）设计了一种工作波长为1727 nm的分布式布拉格反射（DBR）单频光纤激光器（SFFL）。该激光器利用1610 nm光纤激光器带内泵浦，实现了稳定的单纵模激光输出，输出功率为12.4 mW，斜率效率为4.81％，SNR大于60 dB，结构原理如图1所示。研究人员采用高反射光纤光栅（HR-FBG）和保偏部分反射光纤光栅（PM-FBG）构造了TGF，并通过保偏隔离器（PM-ISO）分离了背反射激光。研究表明，SFFL适用于高分辨率分子光谱光学相干层析成像和甲烷气体检测的应用；在超过10 MHz频率下，测得SFFL的相对强度噪声为130 dB/Hz，激光线宽为8.6 kHz[1]。



图1 SFFL结构原理 

2、干涉仪

南京师范大学的Zhongjie Shen等研究人员设计了一种具有反射型二维（2D）光栅的新型激光自混频干涉仪（SMI）。该SMI由三个He-Ne激光器、一个间距为1 μm的反射型2D光栅和两个相互垂直的矢量光栅组成，结构原理如图2所示。三个激光器发出的光束入射到含自准直衍射角的2D反射光栅上，衍射光束沿着原始路径返回到激光器中，从而在激光器中产生自混频干涉效应。研究人员在该SMI中采用相位调制技术获得了更高的测量分辨率，并利用衍射光栅实现了同时测量X，Y和Z方向的位移。研究表明，该SMI能检测纳米级分辨率的3D动态位移，还能检测2D平面内（IP）位移和1D平面外（OP）位移[2]。


图2 SMI结构原理

3、无线光通信系统

国立台湾科技大学的Hsi-Hsir Chou等研究人员设计了一种支持自由空间配置的可调波长自注入锁定（SIL）系统。该系统可用于非对称双向光无线通信（B-OWC）系统中实现联合调制反射器（MRR）的上行链路传输过程，系统结构原理如图3所示。研究人员对系统中接入节点（AN）到终端用户（TU）的传输进行了研究，实现了AN任意控制每个TU的波长和带宽过程，提高了系统性能并解决了波长争用问题。研究表明，该系统可以动态调整波长和调制带宽，在低噪声和高功率配置下实现上行链路传输，延长了传输距离。测试结果证明：上行链路传输数据速率超过2 Gbits/s，Q因子超过前向纠错限制，功率增益为34.51 dB[3]。




图3 SIL系统结构

4、滤波器

北京交通大学的Min Tang等研究人员设计了一种应用倾斜光纤布拉格光栅（TFBGs）的窄带宽少模法布里珀罗（FP）滤波器。该FP滤波器采用具有环芯结构的少模光纤制备，两个TFBGs用作FP腔和模式转换器中的反射镜，结构原理如图4所示。研究人员对FP滤波器中TFBGs的不同倾斜角度进行了研究。研究表明，倾斜角度为0。时，FP滤波器可以用作具有窄带宽特性的模式和波长选择器；倾斜角度为2。时， FP滤波器在反向传播方向上特定波长处能实现矢量模式的有效转换。与传统基于单模光纤光栅的FP滤波器相比，该FP滤波器具有大波长工作范围，能实现模式和波长选择以及模式转换等 [4]。



图4 FP滤波器结构

5、应变传感器

西北大学的Ji Liu等研究人员设计了一种应用两臂游标效应的新型灵敏度增强型应变传感器。该传感器通过将两个法布里佩罗干涉仪（FPI）以交叉配置的形式安装在菱形金属框架上，并采用3 dB耦合器连接在一起，装置原理如图5所示。研究人员应用COMSOL软件中有限元方案对金属框架结构进行了优化，使该传感器具有比传统传感器更大的放大系数M。研究表明，M值随金属框架角度的减小而增大；当角度小于临界值时，垂直轴收缩和预紧力释放将导致M值急剧减小至固定值；当菱形角度为60°时，该传感器M值为26.6，是同类配置传感器的4倍，但自由光谱范围（FSR）不变[5]。



图5 应变传感器装置

参考文献

[1]      X. Cen et al., "Short-Wavelength, in-Band-Pumped Single- Frequency DBR Tm3+-Doped Germanate Fiber Laser at 1.7 μm," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 7, pp. 350-353, 1 April1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3056047.

[2]      Z. Shen, D. Guo, H. Zhao, W. Xia, H. Hao and M. Wang, "Laser Self-Mixing Interferometer for Three-Dimensional Dynamic 
Displacement Sensing," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 7, pp. 331-334, 1 April1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3062287.

[3]      H. -H. Chou and W. -T. Huang, "Wavelength Tunable Asymmetric B-OWC System Based on Self-Injection Locking for TDM-PONs," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 7, pp. 370-372, 1 April1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3064650.

[4]      M. Tang et al., "Tilted Fiber Bragg Grating-Based Few-Mode Fabry-Perot Filter for Mode Conversion," in IEEE Photonics 
Technology Letters, vol. 33, no. 8, pp. 407-410, 15 April15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3067165.

[5]      J. Liu, P. Nan, Q. Tian, X. Sun, H. Yang and H. Yang, "Sensitivity Enhanced Strain Sensor Based on Two-Arm Vernier Effect," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 8, pp. 375-378, 15 April15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3062720.