隨著5G和光纖通訊的發展，市場對通訊的速率和帶寬有更高的要求。光子集成技術作為光纖通信最前沿、最有前途的領域,它是滿足未來網絡帶寬需求的最好辦法。纖維集成光學是一種新興的光子集成技術。纖維集成光學的核心思想是將較複雜的光路和各種光學元器件集成到一根光纖中，通過將光路和各種光器件微縮集成到一根光纖中的方法和技術，可形成一系列新型、微型、特種光器件、組建和系統。儘管光纖在橫向上的集成空間有限，然而其沿傳輸方向的無限延展性為未來提高光器件的集成度提供了可能。
這種新興的光子集成技術已經發展成為微納光子芯片的一個分支，也在“光纖內或光纖上的實驗室”的研究方向中得到了充分的展示。
纖維集成光學的研究主要集中在以下三個方面：
（1）新型光纖的設計與製造，
（2）基本光器件或組件的集成技術，
（3）進一步開發多功能微系統集成技術和光纖集成光學的方法。
Chinese Optics Letters 近期發表的綜述文章（In-Fiber Integrated Optics: An Emerging Photonics Integration Technology [1] ）概述了纖維集成光學在過去十幾年的研究概況。文中對纖維集成技術基礎進行了介紹，包括幾種功能性光纖、纖維集成光器件以及一些應用實例。
一、 功能性光纖
（1）多芯光纖
圖1給出了幾種不同結構的多芯光纖。這種光纖的每一個纖芯都可以作為獨立的光波傳輸通道，可以用於製作單光纖干涉儀、光纖耦合器、多芯光纖扇入/扇出器、光電解調器、光纖集成多激光器等纖維集成光器件。
圖1 用於多光路分離或集成的多芯光纖
（2）陣列芯光纖
圖2所示的幾種陣列芯光纖可在離散光學系統中通過相鄰芯之間的耦合對入射光進行展寬，實現對傳輸光場的波形控制。
圖2 用於光波相位陣列控制的陣列芯光纖
（3）微孔光纖
圖3給出的幾種微孔光纖具有貫穿光纖的微孔，可以很好地將微流通道與光波導相結合。這種含有長工作腔結構的光纖為物質和波導之間的相互作用提供了足夠長左右區間，打破了傳統光纖的限制，在分析領域（特別是痕量檢測方面）展現出了獨特的優勢，例如用於構建纖維集成的光流控器件用於折射率、化學發光和熒光檢測以及電泳分離和檢測等。
圖3 用於光通道和微流通道混合集成的微孔光纖
針對各種不同結構的光纖，目前常用的光纖微加工技術有：熔融焊接技術、光纖側面拋磨技術、光纖端面加工技術、光纖熔融拉錐技術、化學刻蝕和塗覆，以及激光微加工技術。
二、纖維集成光器件
文中介紹了多種纖維集成光器件，例如光耦合器、多芯光纖扇入/扇出器、多芯光纖布拉格光柵、光調製器、光纖激光器和光電探測器等。
圖4 光電調製器
三、纖維集成光學系統
文中介紹了多個纖維集成光學系統應用實例，如加速度計系統、微粒捕獲系統、光流控系統、空芯光子帶隙光纖光熱氣體傳感系統。
（1）懸臂樑式纖維集成加速度計系統
圖5給出了懸臂樑式纖維集成加速度計系統的示意圖。該系統利用雙芯光纖和單芯光纖熔融拉錐制而成的光纖邁克爾遜干涉儀，對加速度引起的光纖彎曲進行測量。這種光纖集成式的加速度計尺寸小，配置靈活，並且由於兩個纖芯對外部環境溫度變化響應一致，因此具有極好的溫度補償能力。
圖5 光纖集成加速度計
（2）纖維集成光捕獲系統
圖6所示的纖維集成光捕獲系統通過集成在光纖中的馬赫曾德干涉儀來控制纖端輸出光場的分佈特徵，進一步實現了對粒子捕獲方向的調整。這種類似的結構也可以應用到其他多芯光纖中，進一步將光鑷發展成為“多光手”，用於對微小粒子進行多維度的控制。
圖6 用於粒子捕獲和操控的集成式微光操縱系統
纖維集成光學技術解決了在一根光纖內部光波的信息交換、信息處理以及與光纖外界的信息感測與提取的關鍵問題，發展了實現新型多功能光纖關鍵器件的新途徑。通過設計並研製基於新型功能光纖的器件，實現對光波行為的操控，從而達到實現光信息交換、處理，以及通過與外界環境和材料的相互作用提取信息的目標。其在眾多交叉學科領域中的廣泛應用，有待於我們未來進行深入的探索和發現。
[1] Xiaotong Zhang, Tingting Yuan, Xinghua Yang, Chunying Guan, Jun Yang, Zhihai Liu, Hongchang Deng, and Libo Yuan, "In-fiber integrated optics: an emerging photonics integration technology [Invited]," Chin. Opt. Lett. 16 , 110601- （2018）
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