光纖在線特邀嘉賓：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊琪銘，于妮
2020年9月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光源、調(diào)制器、光載無線通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)和無源光子器件等，筆者將逐一評析。

光源
西安交通大學(xué)的Fengqin Huang等研究人員集成飛秒激光器的光纖布拉格光柵（FBG）作為波長選擇元件設(shè)計了一種寬帶可調(diào)諧無源鎖模光纖激光器。該光纖激光器的峰值波長為1547.9 nm，在室溫下光譜最大半波全寬（FWHM）值為0.90 nm。研究人員采用非線性光學(xué)環(huán)形鏡（NOLM）作為飽和吸收（SA）環(huán)形光纖腔進(jìn)行鎖模操作，原理如圖1所示。研究表明，F(xiàn)BG溫度為1000。C時，光纖激光器的波長可調(diào)諧范圍達(dá)14.2 nm，脈沖持續(xù)時間約為2.94 ps，具有接近2.80 ps的傅立葉極限脈沖持續(xù)時間，重復(fù)頻率為860.5 kHz，脈沖峰值功率為56.2W[1]。




圖1 光纖激光器設(shè)計原理
1、 調(diào)制器
中國科學(xué)院的Lifei Tian等研究人員設(shè)計了使用多晶硅（poly-Si）作為共振薄膜空間光調(diào)制器（SLM）的單元構(gòu)件，其光學(xué)結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)法布里-珀羅（F-P）諧振腔改進(jìn)形成，并采用多晶硅薄膜作為內(nèi)腔功能材料，通過熱光效應(yīng)和多晶硅薄膜的熱彈性變形效應(yīng)來提高了C波段消光比，結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。研究人員通過實驗測試了SLM單元在OFF和ON兩種電壓狀態(tài)下相對波長反射率曲線，研究了電壓對C波段空間光調(diào)制器單元構(gòu)件反射率的影響。研究表明，SLM單元在C波段具有高消光比，通過調(diào)節(jié)電壓來改變反射率具有良好的可重復(fù)性，并測得在1547.5 nm處最大消光比值為42.2 dB[2]。


圖2 空間光調(diào)制器單元構(gòu)件
2、 光載無線通信系統(tǒng)
意大利費拉拉大學(xué)的Jacopo Nanni等研究人員使用點對點互連鏈路分析了基于絕緣體上硅（SOI）的片上光學(xué)無線鏈路中不連續(xù)性所造成的影響。研究人員在距離不超過200μm的點對點鏈路上進(jìn)行了數(shù)值模擬和實驗驗證，實驗裝置如圖3所示。研究表明，在多層環(huán)境中傳播是導(dǎo)致多徑現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，由于天線和傳播路徑中多層結(jié)構(gòu)所觸發(fā)的多徑現(xiàn)象會嚴(yán)重影響鏈路預(yù)算；同時衰落效應(yīng)也會降低鏈路信號傳輸性能，但信號經(jīng)由天線周圍的同質(zhì)區(qū)域可減少傳播路徑局部破壞性干擾所引起的衰落量；在保證天線均勻介質(zhì)區(qū)域條件滿足的情況下，經(jīng)無界面自由空間傳播后的信號實際接收功率高于理論接收功率[3]。
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圖3 點對點鏈路實驗裝置

3、 光纖通信系統(tǒng)
丹麥技術(shù)大學(xué)的Lars Grüner-Nielsen等研究人員提出了一種10Gbit/s 非歸零碼（NRZ）調(diào)制和25Gbit/s脈沖幅度調(diào)制（PAM4）雙模式系統(tǒng)的模分復(fù)用（MDM）系統(tǒng)傳輸模型；該模型可用于計算系統(tǒng)中模式多路復(fù)用和接口串?dāng)_需求，以及分析通道間波長分離、檢測器帶寬和組件串?dāng)_所造成的負(fù)面影響，模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。研究人員通過比較模擬系統(tǒng)與實際測量結(jié)果，驗證了該模型的有效性。研究表明，對于10Gbit/s NRZ調(diào)制模式，為確保誤碼率（BER）小于3E10-5，模式復(fù)用器、解復(fù)用器和接口的串?dāng)_需低于15dB；對于25 Gbit/s的PAM4調(diào)制模式，為確保符號錯誤率（SER）小于2E10-5，串?dāng)_需低于20 dB[4]。
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圖4 模分復(fù)用系統(tǒng)模型

4、 無源光子器件
日本國家信息和通信技術(shù)研究所的Georg Rademacher等研究人員研究了梯度折射率多模光纖應(yīng)用在684公里循環(huán)回路傳輸中的模態(tài)非線性信號失真效應(yīng)。研究人員傳輸了24.5GBaud的16正交幅度調(diào)制（QAM）信號，并添加了掃頻超過20nm的C波段干擾信道頻帶，并以相同功率發(fā)射所有波長或空間信道進(jìn)行了實驗，實驗裝置如圖5所示。研究人員在干擾信道與被測信道間距為17 nm時傳輸了24.5GBaud 16QAM信號，在LP01模式下測得Q因子損失為1 dB，且導(dǎo)致交叉相位調(diào)制（XPM）的波長間隔與傳輸距離無關(guān)，僅取決于光纖的傳播特性[5]。
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圖5 研究多模態(tài)非線性信號失真效應(yīng)的實驗裝置

參考文獻(xiàn)
[1] F. Huang, J. Si, T. Chen, L. Hou and X. Hou, "Wide-Range Wavelength-Tunable Mode-Locked Fiber Laser Based on Fiber Bragg Grating," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 17, pp. 1025-1028, 1 Sept.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3009381.
[2] YL. Tian et al., "A Silicon Spatial Light Modulator Unit With High Extinction Ratios in C Band," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 17, pp. 1093-1096, 1 Sept.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3012972.
[3] J. Nanni et al., "Multi-Path Propagation in On-Chip Optical Wireless Links," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 17, pp. 1101-1104, 1 Sept.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3012877.
[4] L. Grüner-Nielsen, N. M. Mathew, M. Lillieholm, M. Galili and K. Rottwitt, "Modeling of MIMO Less Mode Division Multiplexed Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 18, pp. 1191-1194, 15 Sept.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3016719.
[5] G. Rademacher et al., "Intermodal Nonlinear Signal Distortions in Multi-Span Transmission With Few-Mode Fibers," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 18, pp. 1175-1178, 15 Sept.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3016348.