2/29/2024，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，陳超，胡文光，李文臣，楊林婕，柳海楠，張顏鷺，靳清清，岳京歌。

2024年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：表面等離子體激元，光纖傳感器、全介質(zhì)超表面結(jié)構(gòu)，象限探測器，電光調(diào)制器，光子雷達(dá)等，筆者將逐一評析。

1、表面等離子體激元
印度帕特納國家理工學(xué)院的Sajjan Kumar Jha等研究人員采用Fano共振表面等離子體激元（SPP）設(shè)計了一種能同時檢測多樣本的方案，如圖1所示。實(shí)驗裝置基于二氧化硅襯底實(shí)現(xiàn)，其中高度h1部分提供機(jī)械支撐；用銀蝕刻出窄寬度通道w（形成光波導(dǎo)）和高度h2部分，產(chǎn)生垂直短截線和矩形空腔；上述垂直短截線和矩形空腔可以獨(dú)立限制不同波長的SPP，最終產(chǎn)生生成Fano諧振峰。研究人員將多樣本填充進(jìn)獨(dú)立的SPP限制區(qū)域，并記錄相應(yīng)的Fano光譜變化，驗證數(shù)值計算得到的多個Fano共振透射光譜特征值。研究結(jié)果表明：在450-1150nm波長范圍內(nèi)，該方案能同時測量兩種樣本，折射率靈敏度為1057.142nm/RIU，半高全寬為3.16nm，品質(zhì)因數(shù)（FOM）為334.53RIU-1，Q因子為337.16。綜上所述，上述共振操作和傳感屬性適用于單傳感器進(jìn)行不同樣品的檢測。



2、光纖傳感器
上海大學(xué)的Qi Zhang等研究人員設(shè)計了一種新型共光路法布里-珀羅干涉儀（FPI），利用錐形腔和光纖準(zhǔn)直器（分離光束）實(shí)現(xiàn)了大范圍位移傳感器溫度補(bǔ)償，如圖2所示。該器件由單模光纖（SMF）、梯度折射率光纖（GIF）、空心光纖（HCF）等組成。當(dāng)光束傳播到GIF與HCF之間端面時，一部分光被反射，剩余光束繼續(xù)傳播并分散至錐型光纖側(cè)壁和內(nèi)部的空氣區(qū)域；分散光束在HCF端面和外反射器端面處發(fā)生反射，三束反射光相互發(fā)生干涉。外部法布里-珀羅干涉儀（EFPI）用于測量位移，內(nèi)部法布里-珀羅干涉儀（IFPI）用于測量溫度。研究結(jié)果表明：在50-600℃范圍內(nèi)，位移傳感范圍可達(dá)45.3mm，溫度響應(yīng)為1.8nm/℃，該器件具有較好的耐高溫特性。綜上所述，該器件具有大范圍位移監(jiān)控能力以及一定的惡劣環(huán)境適應(yīng)性，未來有望在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域展現(xiàn)出較大應(yīng)用潛力。



3、全介質(zhì)超表面結(jié)構(gòu)
江西師范大學(xué)Junjie Li等研究人員設(shè)計了一種通過控制納米孔位置同時激發(fā)連續(xù)體束縛態(tài)（BIC）和極化模式的全介質(zhì)超表面結(jié)構(gòu)，有效抑制了輻射損耗，如圖3所示。他們將含矩形納米孔的規(guī)則八邊形硅陣列構(gòu)建于超表面并放置在二氧化硅上，并將超表面浸入折射率為1.3的液體中；通過破壞單位元的對稱性，環(huán)形偶極子（TD）和磁四極矩（MQ）控制的兩個準(zhǔn)BIC被激發(fā)出高值Q因子。研究結(jié)果表明：該超表面表現(xiàn)出明顯的極化不敏感性和準(zhǔn)BIC極化依賴性；在1200-1400nm工作波長范圍內(nèi)，可測得210、191和241.7nm/RIU的高靈敏度以及3500、1910和69 RIU -1的高品質(zhì)因數(shù)，實(shí)現(xiàn)了較好的多模式和低損耗折射率傳感性能。綜上所述，這種全介質(zhì)超表面結(jié)構(gòu)在強(qiáng)耦合、偏振調(diào)制、高靈敏度折射率傳感等方面將具有良好的應(yīng)用前景。 



4、象限探測器
埃及日本聯(lián)合科技大學(xué)的Micah Baleya等研究人員設(shè)計了一種集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的象限探測器（QD）以精確定位激光光斑。象限檢測器是一種光敏表面?zhèn)鞲衅鳎�可用于位置確定、對準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng)（由四個對稱pn結(jié)光電二極管組成）。輸出信號的偏移量與激光光斑在量子點(diǎn)上的精確位置之間一般存在非線性關(guān)系，可能影響位置檢測精度。為了降低該影響，研究人員采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成解決方案，如圖4所示；其原因是該方案可結(jié)合多個人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型的預(yù)測能力，與單神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比具有更好的泛化和預(yù)測穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明：相比徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBFNN）方案，如果針對半徑為0.75 mm的激光束，該模型實(shí)現(xiàn)的均方根誤差（RMSE）值能降低26.36%；相比前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FFNN）方案則能降低43.32%；相比同等計算復(fù)雜度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方案，集成的RMSE比FFNN低33.53%，比RBFNN低25.59%。綜上所述，應(yīng)用該方案增強(qiáng)了點(diǎn)位置預(yù)測的穩(wěn)定性并提高了準(zhǔn)確性，較易擴(kuò)展到任何位置的檢測系統(tǒng)中。



5、電光調(diào)制器
日本電報電話公司設(shè)備創(chuàng)新中心的Josuke Ozaki等研究人員設(shè)計了一種大帶寬相干驅(qū)動電光調(diào)制器（HB-CDM），如圖5所示；其中包括一個基于InP的異質(zhì)結(jié)構(gòu)雙IQ調(diào)制器芯片（含差分電容負(fù)載行波電極（CL-TWE）和4通道線性SiGe BiCMOS驅(qū)動芯片）。通過調(diào)節(jié)封裝內(nèi)驅(qū)動器與蓋子間的垂直空間距離（該距離決定了腔諧振頻率），研究人員實(shí)現(xiàn)了平滑電光（EO）響應(yīng)，并可確保共振頻率在100 GHz以上。研究結(jié)果表明：該器件實(shí)現(xiàn)了超過90 GHz的3dB帶寬，沒有任何振蕩效應(yīng)；應(yīng)用該器件可有效實(shí)現(xiàn)高達(dá)168Gbaud的雙偏振16-QAM調(diào)制過程（這是迄今為止使用HB-CDM報道的最快的工作波特率）。綜上所述，該器件滿足了光傳輸系統(tǒng)發(fā)展過程中急需的高波特率工作要求，增加了每個波長的傳輸容量，未來有望在長距離光通信系統(tǒng)中應(yīng)用。



6、光子雷達(dá)
浙江大學(xué)Qingshui Guo等研究人員設(shè)計了一種有實(shí)時探測能力且提供多波段敏捷性操作的光子雷達(dá)，如圖6所示。該方案采用雙偏振馬赫-曾德爾調(diào)制器（DP-MZM）調(diào)制的光信號與鎖模激光（MLL）光脈沖耦合，在正交偏振方向?qū)崿F(xiàn)了基帶信號采樣和回波信號接收。從DP-MZM的部分輸出信號中研究人員提取光采樣下的基帶信號后將其變換為微波信號，再通過帶通濾波器選擇特定諧波混頻信號，以獲得預(yù)期頻段內(nèi)的換雷達(dá)發(fā)射信號。同時，DP-MZM的另一部分光信號經(jīng)偏振解復(fù)用為參考信號和接收信號；再利用平衡光電探測器對參考光信號和接收光信號進(jìn)行檢測，可完成雷達(dá)回波信號的去啁啾過程。研究結(jié)果表明：應(yīng)用 K波段帶寬為6 GHz （18-24 GHz）的光子雷達(dá)可獲得的距離分辨率為2.22厘米。綜上所述，該方案在未來多波段雷達(dá)探測領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。



參考文獻(xiàn)
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