光纖在線特邀編輯：邵宇豐 陳福平 陳烙 申世魯 

    2016年6月出版的PTL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、激光器等，筆者將逐一評(píng)析。

光網(wǎng)絡(luò)及其子系統(tǒng)
    大多數(shù)已經(jīng)部署的無源光網(wǎng)絡(luò)，像EPON和GPON都屬于時(shí)分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM-PON），它們的原理均是，在不同的時(shí)間段對(duì)不同的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）執(zhí)行信號(hào)的發(fā)送與接收，并利用功率分配器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分配與合并。由于高接收靈敏度的要求和功率預(yù)算的限制，一個(gè)TDM-PON光線路終端（OLT）僅僅只支持十幾個(gè)ONU。波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON）是另外一種被廣泛研究的技術(shù)，它在ONU與OLT之間采用不同波長(zhǎng)載波進(jìn)行通信。WDM-PON中OLT所能承載的ONU數(shù)量是由陣列波導(dǎo)光柵（AWG）通道的數(shù)量決定，AWG主要是用于波分復(fù)用和解復(fù)用（MUX/DeMUX）。還有一些PON是采用其它的多粒度和混合光分布網(wǎng)絡(luò)（ODN）構(gòu)成，如正交頻分復(fù)用（OFDM），光碼分復(fù)用（OVDM），時(shí)分波分復(fù)用（TWDM）等。北京大學(xué)光通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員提出了一種基于模分復(fù)用（MDM）的雙向無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）結(jié)構(gòu)方案，該方案中的MDM-PON雙向光分配網(wǎng)絡(luò)是由少模光纖（FMF）、無源復(fù)用器/解復(fù)用器和多種模式循環(huán)器構(gòu)成，每個(gè)組件都表現(xiàn)出較低的模式串?dāng)_特性，在上、下行鏈路中，信號(hào)可以在不同的模式中獨(dú)立地進(jìn)行發(fā)送與接收。MDM技術(shù)被廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中，特別是在使用少模光纖的高速傳輸系統(tǒng)中，可以提高系統(tǒng)信息吞吐量。但是在長(zhǎng)距離FMF傳輸過程中，模式串?dāng)_問題是無法避免的，因此，往往需要利用相干檢測(cè)以及多輸入多輸出數(shù)字信號(hào)處理（MIMO-DSP）技術(shù)，這樣會(huì)增加接收器的復(fù)雜度和成本。不過，在短距離傳輸過程中，模式串?dāng)_問題可以降到最低。傳統(tǒng)的TDM-PON可以容納更多數(shù)量的ONU。由于在上行鏈路中，處于不同模式的信號(hào)是在不同的時(shí)間段進(jìn)行傳輸，從而可以有效地避免模式串?dāng)_。在前期的研究工作中，研究人員曾經(jīng)利用涂層相位板和自由空間耦合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)MUX和DeMUX，使得兩個(gè)獨(dú)立的處于線性極化模式的MDM-PON在FMF上傳輸達(dá)到了1.8公里。而在這次的實(shí)驗(yàn)中，研究人員是采用光下模式選擇耦合器（MSC）來實(shí)現(xiàn)MUX/DeMUX，由于FMC的低模式串?dāng)_特性，在不需要相干接收和多輸入多輸出過程的前提下，10Gb/s的開關(guān)信號(hào)可以被獨(dú)立地傳輸，在接收端直接檢測(cè)。研究人員采用實(shí)驗(yàn)成功實(shí)現(xiàn)了上述信號(hào)在10公里的雙模光纖上進(jìn)行雙向MDM-PON傳輸?shù)倪^程。

圖1 雙向MDM-PON的實(shí)驗(yàn)架構(gòu)圖

    自由空間光（FSO）通信技術(shù)具有頻帶寬、速度高、頻譜資源豐富和無需頻率許可等優(yōu)點(diǎn)，可以用于連接骨干網(wǎng)絡(luò)和終端用戶，是“最后一公里”問題的最優(yōu)解決方案之一。由于存在大氣湍流的影響，光信號(hào)在傳輸過程中其光強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，這就會(huì)降低整個(gè)通信系統(tǒng)的性能。在寬范圍湍流條件下，研究人員采用Gamma-Gamma（G-G）分布模型來描述信號(hào)輻射波動(dòng)的情況。為了減弱大氣湍流效應(yīng)對(duì)光信號(hào)波動(dòng)的影響，研究人員提出了一種很有效的空間分集技術(shù)。研究人員把空間分集應(yīng)用于FSO系統(tǒng)中，在接收端利用幾個(gè)小的接收孔代替大的接收孔，這使得孔徑接收效應(yīng)和信噪比增益都得到改善。研究人員利用不同的空間分集對(duì)FSO系統(tǒng)性能改善情況進(jìn)行度量，研究比較了采用分集接收和未采用分集接收技術(shù)，當(dāng)信噪比增益達(dá)到相同值時(shí)中端概論的差異。由于接收信號(hào)包絡(luò)在不同信道分支之間會(huì)產(chǎn)生相互干擾，信噪比增益會(huì)有所減弱。空間相關(guān)性對(duì)多路接收性能影響非常顯著，為了避免發(fā)生不同信道分支信號(hào)包絡(luò)相互干擾情況，在信號(hào)接收端要求接收光敏二極管之間的間距足夠大。研究人員為分析了在FSO系統(tǒng)中不同信道分支之間相互影響情況，利用G-G分布建立大氣湍流模型，基于光波動(dòng)模擬對(duì)空間相關(guān)性進(jìn)行研究，還研究了FSO系統(tǒng)中接收孔徑對(duì)單輸入多輸出（SIMO）結(jié)構(gòu)性能的影響情況。此外，研究人員利用基于多元G-G分布的大氣湍流模型，提出了利用選擇式組合和最大比率組合分集技術(shù)來研究SIMO FSO系統(tǒng)性能的方案，該方案提出了一種指數(shù)相關(guān)模型，接收探測(cè)器是線性排列。來自塞爾維亞尼什大學(xué)電子工程學(xué)院的研究人員提出一個(gè)方案，研究了空間相關(guān)性對(duì)FSO系統(tǒng)中斷性能的影響情況。不同于上述的指數(shù)相關(guān)性模型，他們提出的是常數(shù)相關(guān)性模型，采用密集型光敏二極管，其中任意兩個(gè)二極管間距都是相等的。通過比較兩種模型對(duì)接收器幾何結(jié)構(gòu)的描述，發(fā)現(xiàn)常數(shù)相關(guān)性模型對(duì)接收器結(jié)構(gòu)描述相對(duì)精確，可以獲得更大的孔徑平均增益。此外，需要注意的是，如果僅僅從接收孔的位置來看，實(shí)際上指數(shù)相關(guān)模型是不適用于大多數(shù)FSO系統(tǒng)的。據(jù)此研究人員提出了一種基于電信噪比概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)的分析方法，當(dāng)存在接收端信號(hào)和功率不匹配問題時(shí)，采用多樣性不均衡分支方法來解決。研究人員把常數(shù)相關(guān)模型應(yīng)用于FSO系統(tǒng)，分別研究了相關(guān)系數(shù)、使用多樣性分支數(shù)量和不同孔徑等對(duì)中斷性能的影響情況。結(jié)果表明空間相關(guān)性會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的功率損耗，而且分集階數(shù)越高，功率損耗越大，當(dāng)湍流強(qiáng)度處于較弱到中等湍流強(qiáng)度范圍內(nèi)時(shí)，相關(guān)系數(shù)的改變對(duì)中斷性能影響較大。

無源和有源光子器件
    為了獲得更快的通信數(shù)據(jù)傳輸速率，有研究人員研究了使用一種超奈奎斯特濾波的110G波特偏分復(fù)用正交相移鍵控(PDM-QPSK)信號(hào)來將信號(hào)帶寬降低至100 GHz，還有些方法是使用更高階的調(diào)制格式如16進(jìn)制正交幅度調(diào)制（QAM）、64進(jìn)制正交幅度調(diào)制,這些方法需要在發(fā)射端和接收端使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。還有諸如使用波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用等技術(shù)來提高數(shù)據(jù)速率的研究，使用這些技術(shù)的挑戰(zhàn)是如何簡(jiǎn)化復(fù)雜的發(fā)射器。磷化銦馬赫增德爾調(diào)制器工作在低電壓下是一個(gè)可供選擇的解決方案。最近，來自加拿大麥吉爾大學(xué)的研究人員提出使用磷化銦雙偏振IQ調(diào)制器對(duì)16-QAM信號(hào)以56 G波特、64-QAM信號(hào)以38 G波特和43 G波特的速率傳輸.實(shí)驗(yàn)裝置如圖2。在發(fā)射端和接收端使用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。磷化銦調(diào)制器由于每單位長(zhǎng)度具有更大的相電壓效率，因此相比較鈮酸鋰調(diào)制器具有更小的尺寸。發(fā)射端數(shù)字處理技術(shù)以N-QAM符號(hào)的產(chǎn)生開始，產(chǎn)生的四路隨機(jī)數(shù)據(jù)流用來雙偏振傳輸。產(chǎn)生的符號(hào)通過使用一個(gè)根余弦濾波器以每符號(hào)兩采樣的速率來進(jìn)行脈沖整形。對(duì)于56 G波特、38 G波特和43 G波特信號(hào)，該濾波器的滾降系數(shù)分別是0.1, 0.4和0.5。接著，四路數(shù)據(jù)流再采樣至65.7 GSps。為了獲得光調(diào)制后的等距星座點(diǎn)，需進(jìn)行非線性補(bǔ)償。一個(gè)均衡濾波器用來補(bǔ)償發(fā)射部件的頻率響應(yīng)。接收端數(shù)字處理技術(shù)以IQ功率失衡補(bǔ)償和使用格拉姆-施密特正交算法的正交糾錯(cuò)開始。接著，數(shù)據(jù)進(jìn)行再采樣，使符號(hào)率加倍，下一步是使用頻域色散補(bǔ)償。緊接著的處理技術(shù)包括匹配濾波、使用互關(guān)聯(lián)技術(shù)對(duì)形成的接收符號(hào)和訓(xùn)練序列進(jìn)行同步處理、初期極化追蹤等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：相比較64-QAM 信號(hào)，56 G波特16-QAM信號(hào)需要更低的光信噪比(OSNR)以及可以傳輸更遠(yuǎn)的距離（大于500km）。


圖2  使用磷化銦雙偏振IQ調(diào)制器傳輸高速信號(hào)的實(shí)驗(yàn)裝置圖
    如何在硅基襯底上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)高效光源，在技術(shù)上這仍然是個(gè)問題，但可以設(shè)計(jì)一個(gè)可替代方案，利用芯片外光源為該芯片提供光功率。由于外部激光集成的成本非常高，人們希望研究新的技術(shù)來減少激光器的使用數(shù)量。有研究人員設(shè)計(jì)了一種片上分離器，利用該分離器可以分別為多個(gè)信道提供激光，但這顯然在分離器的輸入端需要很強(qiáng)的光功率。眾所周知，光信號(hào)在亞微米級(jí)波導(dǎo)上可以有效傳輸，但會(huì)受雙光子吸收和自由載流子吸收效應(yīng)的影響。有研究人員實(shí)驗(yàn)證明了，通過使用寬波導(dǎo)或者脊形波導(dǎo)可以在某種程度上緩解上述影響，但即使這樣在分離器波導(dǎo)輸入端仍然需要很大的功率。最近，來自比利時(shí)根特大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院光學(xué)研究組的研究人員提出一個(gè)耦合方案，利用耦合器把外部光功率分配給N個(gè)波導(dǎo)，這樣總的光功率就不會(huì)被限制在亞微米波導(dǎo)核心上。耦合器在硅光子學(xué)中是經(jīng)常使用的元器件。為了避免大功率損耗，研究人員還設(shè)計(jì)了一個(gè)新的光纖光柵耦合器，該光纖光柵耦合器-功率分離器原理圖如圖3所示，一個(gè)弧光柵耦合器衍射外部光源到硅板上，不像傳統(tǒng)的弧光柵耦合器，光源并沒有集中到單個(gè)波導(dǎo)上，而是鋪展到一組光孔上，就像星型耦合器用在陣列波導(dǎo)光柵上一樣。實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)證明對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)可以處理高光功率問題而不引入額外非線性損耗。

圖3 光纖光柵耦合器-功率分離器

    簡(jiǎn)單化、低成本的光毫米波產(chǎn)生技術(shù)是商業(yè)部署的光纖無線通信（RoF）系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，使用外光調(diào)制器來產(chǎn)生光毫米波是一種常用的技術(shù)，這種技術(shù)提供的毫米波載波比較穩(wěn)定；此外，基于外光調(diào)制的四倍頻技術(shù)可以產(chǎn)生高頻高純度毫米波，在發(fā)射端，能夠有效地降低光學(xué)器件和電子器件對(duì)大帶寬的需求。不過，一些研究報(bào)道稱，基于光學(xué)外調(diào)制的四倍頻技術(shù)不僅需要用光濾波器來濾除不需要的光邊帶，或者還需要將多個(gè)外光調(diào)制器進(jìn)行級(jí)聯(lián)或串聯(lián)，這樣無疑會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。在RoF系統(tǒng)中引入先進(jìn)的矢量信號(hào)調(diào)制技術(shù)，可有效地提高設(shè)備的帶寬效率和系統(tǒng)的頻譜效率，還可解決目前頻譜資源短缺的問題以及提高無線傳輸速率。近期，基于同向/正交（I/Q）調(diào)制器，和利用與波長(zhǎng)選擇開關(guān)（WSS）級(jí)聯(lián)的單臂馬赫曾德爾（MZM）調(diào)制器來產(chǎn)生四倍頻矢量光毫米波的研究，也不斷被報(bào)道出來。但I(xiàn)/Q調(diào)制器和WSS不僅成本高，也同時(shí)增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。最近，來自復(fù)旦大學(xué)電磁波信息科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員，提出了在不需要光濾波器的情況下，僅僅使用一個(gè)單臂MZM驅(qū)動(dòng)來產(chǎn)生四倍頻矢量毫米波信號(hào)的方案，如圖4是方案實(shí)現(xiàn)原理圖，圖5為系統(tǒng)整體方案架構(gòu)圖及信號(hào)經(jīng)過MZM前后的光譜圖。該方案中單臂MZM由預(yù)編碼矢量射頻（RF）信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，在其工作最大傳輸點(diǎn)提供一個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓，輸出兩個(gè)二階光載波，通過單端光電二極管進(jìn)行光外差拍頻實(shí)現(xiàn)倍頻矢量毫米波的輸出。作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的矢量射頻信號(hào)，為了抵消隨頻率翻倍時(shí)出現(xiàn)的相位翻倍，需要對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行均衡或非均衡的相位預(yù)編碼，進(jìn)而確保四倍頻毫米波信號(hào)表現(xiàn)出規(guī)律的矢量調(diào)制特性�；�于上述提出的方案，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于1GBd 40GHz QPSK調(diào)制的矢量毫米波信號(hào)傳輸?shù)恼`碼率低于3.8e-3（硬判決前向糾錯(cuò)閾值）。該技術(shù)是首次在不使用光濾波器情況下，僅僅使用一個(gè)單臂MZM來實(shí)現(xiàn)四倍頻矢量毫米波信號(hào)產(chǎn)生的技術(shù)。


圖4 方案實(shí)現(xiàn)原理

圖5 系統(tǒng)整體方案架構(gòu)及信號(hào)經(jīng)過MZM前后的光譜

激光器
    在一些特殊場(chǎng)合如從參量振蕩中產(chǎn)生太赫茲波，人們往往需要在功率放大器中(MOPA)放大種子脈沖，來獲得較高的峰值功率。在1550nm左右波段，想要放大傳統(tǒng)的超短脈沖是比較困難的。不同于超短脈沖，脈沖寬度為納秒級(jí)別的脈沖有諸多優(yōu)勢(shì)，如較高的脈沖能量和容易被放大來獲得很高的峰值功率。傳統(tǒng)的無源Q開關(guān)技術(shù)容易產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間在十納秒到百納秒之間的高能量脈沖，相關(guān)研究人員通過縮短諧振腔長(zhǎng)度來抑制Q開關(guān)脈沖帶寬，但是這些方法不夠穩(wěn)定。無源鎖模技術(shù)廣泛地被用于超短脈沖的產(chǎn)生。最近，來自北京清華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員展示了一種全光纖鎖模激光器，使用一個(gè)國(guó)產(chǎn)的超窄帶光纖布拉格光柵（FBG）和一個(gè)商業(yè)半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)作為鎖模器。FBG的作用相當(dāng)于一個(gè)腔內(nèi)濾波器，用來將震蕩抑制在一個(gè)超窄頻譜范圍內(nèi)。通過調(diào)整DCF的長(zhǎng)度和優(yōu)化腔長(zhǎng)進(jìn)行腔內(nèi)色散管理，激光器產(chǎn)生穩(wěn)定的無啁啾優(yōu)質(zhì)連續(xù)波脈沖。由于無啁啾脈沖的存在，超窄譜在時(shí)域會(huì)有一個(gè)納秒的持續(xù)時(shí)間。由于其理想的表現(xiàn)，該激光器可以取代Q開關(guān)激光器來獲得高峰值功率。對(duì)于一個(gè)無啁啾脈沖，為了獲得長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間，需要一個(gè)窄譜。傳統(tǒng)的1550 nm鎖模激光器產(chǎn)生的寬譜主要是由于鉺離子自發(fā)散射譜的寬頻帶引起的。為了使腔內(nèi)損失最小化，F(xiàn)BG的反射率應(yīng)該足夠高，以此來避免Q開關(guān)鎖模（QML）現(xiàn)象和穩(wěn)定鎖模脈沖。實(shí)驗(yàn)測(cè)得反射光譜的3-dB帶寬小于0.1nm,中心波長(zhǎng)為1548.2 nm，旁瓣抑制比大于40 dB，鎖模激光器的頻譜表現(xiàn)主要得益于國(guó)產(chǎn)FBG的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：激光器可以產(chǎn)生平均功率−3.3 dBm的穩(wěn)定脈沖，預(yù)計(jì)振幅波動(dòng)為1.1%，計(jì)算得出時(shí)間抖動(dòng)低于1%，重復(fù)率為982 kHz，譜線寬帶僅為192 MHz。

圖6 鎖模激光器的實(shí)驗(yàn)裝置圖
    中心波長(zhǎng)為850 nm的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)在短距離光學(xué)互聯(lián)應(yīng)用中是一種重要的光源。在發(fā)射端把高速VCSEL和先進(jìn)的前向均衡(FFE)技術(shù)結(jié)合使用，可以使數(shù)據(jù)速率達(dá)到71 Gbit/sec。然而，多模光纖(MMF)中的模式色散會(huì)嚴(yán)重限制傳輸距離。有報(bào)道研究了使用多模（MM）VCSEL和前向均衡技術(shù)在OM4 MMF中傳輸大于50 Gbit/sec的數(shù)據(jù)，距離通常小于60米。結(jié)合使用單模(SM) VCSEL和FFE和判決反饋(DFE)技術(shù)被認(rèn)為可以極大地延長(zhǎng)通過MMF的傳輸距離。但是，VCSEL的單模效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生電光頻率響應(yīng)的低頻滾降系數(shù)，限制了3-dB帶寬的最大化。臺(tái)灣新竹國(guó)立中央大學(xué)的研究人員報(bào)道了用一種新的SM 850 nm VCSEL來延長(zhǎng)速率為54 Gbit/sec的數(shù)據(jù)傳輸距離。這種新的VCSEL概念剖面圖如圖7所示。由于在頂端分布式布拉格反射鏡層（DBR）存在額外的鋅擴(kuò)散孔徑，不僅可以在VCSEL腔內(nèi)操縱光場(chǎng)橫向模式的數(shù)量，而且可以減小微分阻抗。相比較之前的研究，該腔層厚度有較大的縮減，從1.5λ縮短到0.5 λ（λ是在腔內(nèi)的工作波長(zhǎng)）,也就縮短了內(nèi)部載體運(yùn)輸時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：即使對(duì)于背靠背傳輸，要想獲得無誤碼傳輸(BER < 1 × 10−12), DFE技術(shù)也是必不可少的。如果傳輸1km，使用前向糾錯(cuò)碼技術(shù)（FEC）和DFE可以獲得無誤碼傳輸，但是相比較背靠背傳輸，使用MM設(shè)備無誤碼傳輸1km會(huì)造成更嚴(yán)重的功率損失。這說明當(dāng)傳輸高速率數(shù)據(jù)(54 Gbit/sec)時(shí)，模式色散相比較輸出功率，在決定傳輸距離過程中扮演著更重要的角色。而且，使用研究人員提出的新型鋅擴(kuò)散VCSEL，傳輸1km后的系統(tǒng)誤碼率得到提升(從3.5 × 10−3到1.4 × 10−4)，而上述系能的提升要?dú)w因于優(yōu)越的單模工作方式。


圖7 VCSEL概念剖面圖

    連續(xù)波平均輸出功率超過100W的VECSELs已經(jīng)被研究實(shí)現(xiàn)，同時(shí)該激光器具有高峰值功率，脈沖持續(xù)時(shí)間在飛秒域內(nèi)。有研究人員實(shí)現(xiàn)了將動(dòng)能孔和量子阱增益介質(zhì)相熔接及載流子帶間散射，使VECSELs產(chǎn)生雙色發(fā)射波長(zhǎng)，其中兩個(gè)波長(zhǎng)震蕩同時(shí)存在于激光腔內(nèi)。為了得到THz波，研究人員將重心轉(zhuǎn)向差頻技術(shù)，該技術(shù)可以使兩個(gè)發(fā)射波長(zhǎng)之間的差頻可調(diào)范圍設(shè)置在在幾十GHz到幾THz，而使用光電導(dǎo)天線或者非線性晶體可以使差頻可調(diào)范圍轉(zhuǎn)變到THz。為了獲得較高的轉(zhuǎn)變效率，具有高峰值強(qiáng)度紅外線拍頻技術(shù)引起了人們的注意，但這種強(qiáng)度在連續(xù)波段是很難獲得的，為此有研究人員提出利用了Q開關(guān)或者鎖模機(jī)制來增加紅外線強(qiáng)度。目前已經(jīng)證明固態(tài)激光器可以同時(shí)發(fā)射兩個(gè)波長(zhǎng)的激光，這兩路激光分別利用了Q開關(guān)和鎖模技術(shù)來進(jìn)行操作，但固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)比一般半導(dǎo)體激光器要復(fù)雜，而晶體增益介質(zhì)的轉(zhuǎn)變范圍也是有限制的。來自美國(guó)亞利桑那大學(xué)光學(xué)科學(xué)院的研究人員提出并證明了一種雙波長(zhǎng)鎖模半導(dǎo)體VECSELs，可以產(chǎn)生拍頻范圍在THz的皮秒脈沖。由于載流子的帶間散射發(fā)生在數(shù)十飛秒的短時(shí)間內(nèi)，這使雙色脈沖狀態(tài)發(fā)射變得可能，其持續(xù)時(shí)間比皮秒脈沖要短。通過腔內(nèi)半導(dǎo)體飽和吸收鏡獲得被動(dòng)鎖模，利用校準(zhǔn)器調(diào)節(jié)VECSELs發(fā)射頻譜，從而獲得差頻控制，輕微的改變校準(zhǔn)器可以獲得持續(xù)時(shí)間在6到35 ps范圍的脈沖。通過在THz范圍內(nèi)進(jìn)行拍頻，可以獲得雙色脈沖。
法國(guó)漢恩物理學(xué)院的研究人員，設(shè)計(jì)了一種頻率穩(wěn)定的可調(diào)激光器，該方案中可調(diào)激光器的頻率超過1THz，全光纖系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)緊湊。研究人員利用兩個(gè)相似的商用分布反饋式（DFB）激光器產(chǎn)生的激光來進(jìn)行拍頻，在犧牲大帶寬的前提下，放棄了使用固態(tài)激光器和外腔激光器。通過改變激光芯片的溫度獲得的拍頻信號(hào)有幾百GHz規(guī)模。由于兩個(gè)激光器在法布里-珀羅腔（FP）中是通過改變激光器的電流來發(fā)生共振，所以它們的拍頻信號(hào)帶寬是法布里-珀羅腔自由光譜頻率的數(shù)倍。研究人員采用相位調(diào)制器來穩(wěn)定兩個(gè)激光頻率，拍頻噪聲在共模腔長(zhǎng)波動(dòng)的第一階段可以被忽略掉。在該實(shí)驗(yàn)中，法布里-珀羅腔全電子式鎖定的分布反饋激光二極管的頻率在1548nm處的可調(diào)范圍超過了9nm，在10ms的累積時(shí)間內(nèi)，測(cè)出的激光線寬為100Hz。為了避免FP中拍頻時(shí)發(fā)生能量波動(dòng)，兩路光載波會(huì)相互正交。研究人員設(shè)計(jì)的這種性能穩(wěn)定的激光器，在將來可作為連續(xù)毫米/亞毫米低相位噪聲信號(hào)源的組件而得到應(yīng)用。

圖8  有兩路電伺服回路的全光纖系統(tǒng)方案圖