3/21/2022，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，田青，于妮，楊騏銘，伊林芳，陳鵬，劉栓凡，李彥霖，袁杰，李沖，左仁杰。

2022年2月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：微波分頻器、光學自相關(guān)器、波分復用技術(shù)、硅光子接收機、FSO和RF-MIMO系統(tǒng)、DWDM技術(shù)等，筆者將逐一評析。

1、微波分頻器 
澳大利亞查爾斯·達爾文大學的Hao Chen等研究人員基于光注入半導體激光器設計了一種微波分頻器，如圖1所示。他們將射頻調(diào)制光信號注入分布式反饋（DFB）激光器，通過調(diào)節(jié)正向偏置電流，使激光器工作在P2狀態(tài)振蕩，并在兩個相鄰射頻調(diào)制邊帶的中點出生成一光頻率分量，經(jīng)光電探測器產(chǎn)生半頻分量[1]。研究結(jié)果表明，該分頻器支持對不同輸入射頻信號頻率實現(xiàn)分頻操作。由于研究人員設計的微波分頻器不含電子元器件，支持12~20GHz射頻輸入信號工作，所有在微波分頻領(lǐng)域具有一定的應用前景。



2、光學自相關(guān)器 
浙江大學的Jianbin Zhang等研究人員演示了一個具有飛秒脈沖特性的光學自相關(guān)器（2μm波長），該相關(guān)器采用單條碲化鎘（CdTe）微絲產(chǎn)生橫向二次諧波，如圖2所示。該器件以220fs的激光脈沖（38pJ/pulse）作為輸入光，去除光纖和光纖錐度引起的脈沖展寬后，測量的脈寬為236fs[2]，上述結(jié)果表明該自相關(guān)器具有良好的精度。由于CdTe在中紅外（MIR）區(qū)域的低損耗傳輸窗口和高非線性，因此該器件在MIR應用領(lǐng)域中可能將顯示出巨大的應用潛力。



3、波分復用技術(shù) 
法國光通信技術(shù)實驗室的Abel Lorences-Riesgo等研究人員在38nm的10跨度鏈路上進行了波分復用（WDM）系統(tǒng)傳輸實驗，研究了在62.5、75、87.5、100和112.5Gbaud符號率下相應信道間距分別為75、87.5、100、112.5、125GHz時的信號傳輸特性，如圖3所示。結(jié)果表明，符號率為112.5Gbaud時，每波長可實現(xiàn)最大比特率傳輸；符號率為75、87.5、100Gbaud時，光纖傳輸信號的總比特率可實現(xiàn)最大化；符號率為62.5Gbaud時，廣義互信息（GMI）最高，但會導致更低的光譜效率，需要插入一定間隔來緩解波長選擇開關(guān)（WSS）的濾波影響[3]。因此，在實際網(wǎng)絡應用中，為最大限度地提高傳輸光譜效率不僅需要考慮收發(fā)器的損傷，還需考慮WSS濾波和靈活柵格的選型。



4、硅光子接收機 
日本光電子技術(shù)研究協(xié)會的Daisuke Okamoto等研究人員采用倒裝芯片封裝技術(shù)設計了集成SiGe-BiCMOS線性跨阻放大器（TIA）的硅光子接收機，一定程度上克服了芯片間數(shù)據(jù)通信的I/O瓶頸問題，如圖1所示。研究人員通過錐形模斑轉(zhuǎn)換器（SSC）將112Gb/s PAM-4（56Gbaud）光信號輸入到硅波導（Si-WG）中，并采用波導型（鍺）光電探測器（Ge-PD）將其轉(zhuǎn)換為電信號后在硅光平臺（由3mm×2.1mm的硅晶片和40nm節(jié)點的互補金屬氧化物半導體（CMOS）組成）上傳輸，經(jīng)TIA對PAM-4電信號進行線性放大后輸出[4]。因為該器件在高達450的輸入電流下能保持線性響應，因此它有望在密集硅光子學領(lǐng)域發(fā)揮實際作用。



5、FSO和RF-MIMO系統(tǒng) 
美國羅文大學的Taichu Shi等研究人員設計了消除干擾型混合自由空間光（FSO）通信和射頻（RF）多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)。研究人員將FSO和RF模式的混合信號通過盲源分離（BSS）器進行信號處理，并采用MIMO接收器將信號從帶內(nèi)干擾中分離出來以消除干擾。當FSO信道被阻斷或視距鏈線（LOS）傳輸不理想時，系統(tǒng)將自動切換到RF MIMIO模式工作[5]。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了高信干噪比（SINR=33dB），而且支持以較低比特率傳輸高階調(diào)制信號。該FSO和RF MIMO系統(tǒng)支持實現(xiàn)與光子信號處理系統(tǒng)無縫集成，因此有望實現(xiàn)寬帶內(nèi)實時干擾消除過程。



6、DWDM技術(shù) 
德國華為科技杜塞爾多夫公司的Fabio Pittalla等研究人員采用密集波分復用（DWDM）技術(shù)在96.5km的標準單模光纖（SSMF）上成功傳輸了130GBaud采用概率星座整形后的雙偏振正交幅度調(diào)制（DP-PCS256QAM和DP-PCS400QAM）信號[6]，如圖3所示。研究結(jié)果表明，在單信道傳輸中，DP-PCS256QAM比DP-PCS400QAM具有更高的凈比特率（最高凈比特率為1.71Tb/s）；在34路信道的DWDM系統(tǒng)中，DP-PCS256QAM（15%或16.34%的前向糾錯（FEC）碼開銷）的凈比特率≥1.66Tb/s，DP-PCS400QAM的凈比特率≥1.62Tb/s（22%、23.47%或25%的FEC開銷），其在C波段的總?cè)萘扛哌_56.51Tb/s，頻譜效率為11.08bit/s/Hz。毫無疑問，該技術(shù)在大容量數(shù)據(jù)中心互連（DCI）的光纖網(wǎng)絡中具有潛在的應用價值。



參考文獻：
[1]H. Chen and E. H. W. Chan, "Ultra-Simple All-Optical Microwave Frequency Divider," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 4, pp. 219-222, 15 Feb.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3148239.
[2]J. Zhang et al., "Single Microwire Optical Autocorrelator at 2-μm Wavelength," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 4, pp. 207-210, 15 Feb.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3146878.
[3]A. Lorences-Riesgo et al., "Maximizing Fiber Capacity in Flex-Grid Coherent Systems Through Symbol Rate Optimization," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 3, pp. 161-164, 1 Feb.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3142934.
[4]D. Okamoto, Y. Suzuki, K. Takemura, J. Fujikata and T. Nakamura, "112 Gb/s PAM-4 Silicon Photonics Receiver Integrated With SiGe-BiCMOS Linear TIA," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 3, pp. 189-192, 1 Feb.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3144985.
[5]T. Shi, Y. Qi and B. Wu, "Hybrid Free Space Optical Communication and Radio Frequency MIMO System for Photonic Interference Separation," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 3, pp. 149-152, 1 Feb.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3140364.
[6]F. Pittalà et al., "1.71 Tb/s Single-Channel and 56.51 Tb/s DWDM Transmission Over 96.5 km Field-Deployed SSMF," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 3, pp. 157-160, 1 Feb.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3142538.