近日，南京大学徐飞教授团队首次开发出基于铌酸锂（LiNbO3）致动器无胶封装集成的高速宽调谐低损耗全光纤法布里 - 珀罗（FP）滤波器，将调谐速率提升至1.52 MHz、调谐范围达20 nm，为超高速光纤传感领域带来解决方案。该研究成果以“Megahertz-Rate Widely Tunable Fiber Filters Enabled by LiNbO3Actuators”为题，发表于《Laser & Photonics Reviews》（DOI: 10.1002/lpor.202500835）。南京大学童宏伟博士、熊毅丰特任研究员/准聘助理教授为论文共同第一作者，徐飞教授为通讯作者，研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省基础研究计划重点项目等资助。
图1. 铌酸锂-光纤集成的的高速宽带可调谐光纤FP滤波器示意图
1、核心技术：铌酸锂 “高速致动” 驱动光纤滤波器革新
研究人员提出了一种基于Y切163°取向铌酸锂（LiNbO₃）驱动器的光纤法布里-珀罗（FP）滤波器。该器件通过将光纤FP腔集成于多层全铌酸锂驱动结构中（图2a、b），充分发挥铌酸锂材料在低介电损耗、高机电耦合系数及高机械Q因子方面的综合优势，显著提升了调谐性能。该设计无需采用传统复杂的校准机制，从结构层面消除了滞后补偿的需求。与传统PZT器件相比，该器件实现了调谐频率数量级的提升。
图2.高速铌酸锂致动的光纤法珀滤波器原理
2、关键突破：从结构设计到集成工艺的优化与创新
为实现高精度的光纤加工与集成，项目组研发了一套完全自主化的CO₂激光加工系统，具备对光纤凹面进行精密加工、光纤与晶体的无胶封装焊接、以及非对称光纤间的360度旋转对接熔接等功能(图3)。
为进一步提升器件的高速致动性能与工作稳定性，设计并制备了基于多层铌酸锂致动结构的器件。该结构采用精密无胶集成工艺，将铌酸锂驱动基板与经过精密镀膜的凹面光纤FP腔进行一体化集成。项目团队摒弃了传统使用的紫外胶或环氧树脂等粘合材料，通过将经CO₂激光加工的凹面光纤嵌入铌酸锂V型槽内形成FP腔，实现了302的精细度和3.72 dB的光学损耗。该无胶、免对准集成方案显著降低了驱动负载质量，从而有效提升了器件的高频响应能力。
图3.NJU自主化的CO₂激光加工焊接系统
3、性能测试：静态与动态调谐性能的全面提升
在静态调制测试中，当直流电压从200 V调节至-200 V时，滤波器波长调谐率约1.9 nm/100 V（图4b）。其滞后曲线线性度高达0.998，电压升降响应曲线几乎重合，非线性误差仅0.2%（图4c）；蠕变波动控制在 ±0.03 nm，展现出优异的稳定性与重复性。动态调谐性能方面：在1.52 MHz交流驱动下，器件调谐范围随电压增加呈线性增长，60 Vpp电压下实现20 nm动态调谐范围（图4d）。通过连接FP标准具的时域测试显示，器件在1.52 MHz频率下的等效扫描频率可达3.04 MHz，满足亚微秒级瞬态信号的采集需求（图4e,f）。与传统PZT器件相比，该器件的调谐速率提升了两个数量级，且无需外部滞后和蠕变补偿，显著简化了系统复杂度。
图4. 高速可调光纤法珀滤波器的性能测试
该技术可直接应用于地震波监测、石油勘探及结构健康监测等高频动态场景，同时为光学相干断层扫描（OCT）、激光雷达（LiDAR）等领域的高速光谱分析提供关键器件支持。当铌酸锂材料的“极速”响应特性与光纤传感的“精准”测量优势相结合，该项突破不仅显著提升了光纤可调谐滤波器的性能指标，也为光纤传感系统的高速解调提供了具有竞争力的技术方案，进一步推动了铌酸锂材料在光电子集成器件中的创新应用。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202500835
