采用熔融光纤锥的宽视场光学探测器
引用
Alkhazragi, O., Trichili, A., Ashry, I., Ng, T. K., Alouini, M.-S., & Ooi, B. S. (2021). 采用熔融光纤锥的宽视场光学探测器。《光学快报》，46(8)，1916–1919。
关键词
- 光电探测器
- 宽视场 (FOV)
- 高光学增益
- 熔融光纤锥 (FFOT)
- 信噪比 (SNR)
- 光无线通信 (OWC)
- 调制带宽
- 近红外 (NIR)
- 传输效率
- 误码率 (BER）
简介
本文展示了一种多功能成像聚光元件，该元件采用熔融光纤锥，具有宽视场和高光学增益，可用于光无线通信。这解决了无线应用中光电探测器响应速度和有效面积之间的权衡问题，而这种权衡限制了信噪比。
摘要
本文介绍了一种设计用于光无线通信 (OWC) 等应用的宽视场 (FOV) 光学探测器的新颖方法。作者提出了一种基于熔融光纤锥形 (FFOT) 的设计，该设计克服了传统探测器的局限性，尤其是在有效面积和带宽之间的权衡问题上。
以下是主要研究结果的细分：
- FFOT 作为解决方案：研究人员解决了在光学探测器中同时实现高速和宽视场的挑战。他们建议使用 FFOT，它由数千根熔融在一起的锥形光纤组成。每根光纤都指向特定方向，引导光线到达探测器。与现有方法相比，该设计具有以下优势：
1、高带宽：与带宽受限（低于 100 MHz）的发光探测器不同，基于 FFOT 的设计实现了 1 GHz 的带宽，仅受所用光电探测器的限制。
2、高效率：FFOT 的传输效率为 55-70.7%，显著高于某些基于荧光的探测器报道的 1.5%。
3、宽波长范围：FFOT 可在宽波长范围内有效工作，这与需要特定激发波长的荧光探测器不同。
4、灵活性和稳定性：FFOT 允许根据应用调整视场 (FOV)，并且与其他探测器中使用的有机染料相比，具有无限的稳定性。
- 实验验证：研究人员通过实验证明了其设计的实用性：
1、宽视场：凸面 FFOT 实现了 30° 的 -3 dB 视场半角，显著宽于传统透镜。
2、高增益：FFOT探测器的光增益超过两个数量级，超越了发光探测器的性能，甚至超过了同类复合抛物面聚光器。
3、成功的OWC链路：使用FFOT探测器的1 Gbit/s OWC链路在一系列角度和平移范围内，误码率低于前向纠错极限，证明了该探测器在实际场景中的有效性。
- 未来潜力：本文最后重点介绍了基于FFOT的探测器在OWC以外的各种应用中的潜力，例如自由空间光通信以及与光纤网络的集成。作者还提出了进一步提升探测器性能的研究途径，包括提高传输效率和探索针对特定应用的不同FFOT设计。
来源：https://opg.optica.org/directpdfaccess/eae20520-64c8-49fd-898943083823b381_450026/ol-46-8-1916.pdf?da=1&id=450026&seq=0&mobile=no