2021年6月PTL光通信论文评析

光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨骐铭，于妮
    8/09/2021，光纤在线讯，2021年6月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光学矢量分析仪、谐振耦合器、LED微显示器、光纤曲率传感器和移动可见光成像通信系统等，笔者将逐一评析。

1、光学矢量分析仪

中国科学院的Ting Qing等研究人员使用相干检测和载波相位噪声消除技术设计了一种高分辨率和高灵敏度的新型光学矢量分析仪（OVA）。该OVA采用非对称光学双边带（ODSB）调制来提高测量带宽，将 ODSB 信号分为局部信号和探测信号，并利用光电探测器接收到的局部光电流与探测光电流的比值来表征被测器件的频率响应，用于消除相干检测引起的载波相位波动负面效应，相关系统如图1所示。研究人员实验测量了光纤布拉格光栅（FBG）的频率响应，并对OVA的可行性进行了验证。结果表明，FBG在载波波长处的回波损耗值约为18 dB，OVA可支持在50GHz范围内实现频率分辨率为5MHz的精确测量[1]。



图1 光学矢量分析仪

2、谐振耦合器

西北大学的Minxuan Li等研究人员采用光纤法布里珀罗（FP）尖端干涉仪设计了一种微光纤锥形谐振耦合器用于共振激发微球谐振器中的回音壁模式（WGM）。该耦合器由端面蚀刻光纤与锥形光纤熔接制备，其中光纤尖端干涉仪采用加热和拉伸单模光纤（SMF）改制，结构如图2所示。通过将熔接引起的光纤内气泡和光纤锥尖作为FP干涉仪的两个反射体，研究人员在光纤耦合器的反射光谱中观察到了法布里珀罗干涉和非对称法诺共振谱线。研究表明，对称和非对称法诺谱线的位置取决于WGM谐振相对于FP干扰的位置，通过改变FP干涉仪的腔长或微谐振器的直径可以获得不同的法诺谱线[2]。



图2 微光纤锥形谐振器耦合器结构

3、LED微显示器

香港科技大学的Peian Li等研究人员设计了一种采用互补金属氧化物半导体 （CMOS）驱动的单片薄膜红色发光二极管（LED）有源矩阵（AM）微显示器。该微显示器具有横向电极结构，无裂纹，贴合良率高，分辨率为64×36，像素间距为40μm×40μm，如图3所示。研究人员通过键合倒装芯片和集成AM CMOS 驱动器在 GaAs 衬底的AlGaInP外延层上制备了薄膜红色 LED AM微显示器，然后去除了GaAs衬底以防止图像在键合后产生像素损坏。研究表明，该LED AM 微显示器在满载条件下亮度为2.35×104cd/m2，LED阵列功耗为0.5W，支持显示灰度为4bit的图像[3]。



图3 LED AM微显示器

4、光纤曲率传感器

哈尔滨工业大学的Ying Guo等研究人员采用多级光子带隙微结构光纤（PBG-MF）和单模光纤（SMF）设计了一种新型竹形微结构干涉传感器，以构建级联法布里珀罗干涉仪（FPI）。该传感器采用连续拼接方案，由多段长度不均匀的PBG-MF和SMF组成，总长度小于1 mm，如图4所示。研究人员通过PBG-MF内部的蜂窝状空间结构在干涉仪反射光谱中获得了更高的消光比（ER），提高了传感器的检测极限（DL）和分辨率。研究表明，级联 FPI支持曲率和温度测量，在0.459~1.026 m-1处，凸面和凹面的最大曲率灵敏度分别为991pm/m-1和-1118pm/m-1，谐振倾角最高温度灵敏度为50.6pm/°C[4]。



图4 竹形微结构干涉传感器结构

5、移动可见光成像通信系统

湖南大学的Jing He等研究人员采用k-means解码（KMD）方案设计了一种多列矩阵选择（MCMS）方案，用于采用多个发光二极管（LED）和移动接收器形成可见光成像通信（MOCC）系统。该方案可以避免来自两个LED信号的互相干扰和减轻由运动引起的传输性能劣化，并且可通过KMD实现无需下采样恢复信号的过程。研究人员分别测量和分析了接收器处于三种不同移动速度和两个LED位于三种不同间距时的误码率（BER）性能，如图5所示。结果表明，与其他类似方案相比，该方案在能获得更好的收发性能。在移动速度为20cm/s和两个LED间距为20cm时，BER为8.74×10-6，数据传输速率为4.2Kb/s[5]。



图5 移动光学相机通信系统装置

参考文献

[1]      T. Qing et al., "High-Resolution Optical Vector Analysis With Enhanced Sensitivity," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 11, pp. 581-584, 1 June1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3075713.

[2]      M. Li and R. Wang, "Fiber Fabry-Perot Interferometer-Based Fano Resonance Coupler for Whispering-Gallery-Mode Resonators," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 11, pp. 585-588, 1 June1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3076999.

[3]      P. Li, X. Zhang, W. C. Chong and K. M. Lau, "Monolithic Thin Film Red LED Active-Matrix Micro-Display by Flip-Chip Technology," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 12, pp. 603-606, 15 June15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3078198.

[4]      Y. Guo and Y. Zhang, "A New Bamboo-Shaped Sensor for Curvature Measurement With Microstructured Fiber," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 12, pp. 619-622, 15 June15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3067004.

[5]      J. He, K. Yu, Z. Huang and Z. Chen, "Multi-Column Matrices Selection Combined With k-Means Scheme for Mobile OCC System With Multi-LEDs," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 12, pp. 623-626, 15 June15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3079264.