4/14/2022，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，楊騏銘，伊林芳，田青，于妮，袁杰，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡。

2022年3月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：自由空間光通信，相干接收機(jī)，可見(jiàn)光通信，多芯光纖，太赫茲光通信系統(tǒng)以及微波光子陷波濾波器等。筆者將逐一評(píng)析。

1.自由空間光通信
日本東洋電機(jī)株式會(huì)社的Abdelmoula Bekkali等研究人員設(shè)計(jì)了一種全雙工自由空間光通信（FSO）收發(fā)器，如圖1所示。該器件采用三軸音圈馬達(dá)（VCMs）驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制透鏡移動(dòng)以保證FSO系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)光束的穩(wěn)定。研究人員利用測(cè)得的接收光功率和四象限光電探測(cè)器（QPD）中的傳感數(shù)據(jù)，研究了VCM驅(qū)動(dòng)器之間的智能協(xié)調(diào)算法；并通過(guò)上述算法對(duì)鏡頭3D位置進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整以提升光纖耦合效率[1]。研究人員在200米自由空間鏈路中對(duì)該器件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：使用該收發(fā)器可支持10GbE局域網(wǎng)和10信道公共無(wú)線電接口（LTE-CPRI）中標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的無(wú)差錯(cuò)傳輸；在晴天條件下持續(xù)24小時(shí)信號(hào)傳輸時(shí)，誤碼率低至3×10-10。不難發(fā)現(xiàn)，該類收發(fā)器將是未來(lái)FSO系統(tǒng)中支持寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫溥x器件。



2.相干接收機(jī)
美國(guó)諾基亞貝爾實(shí)驗(yàn)室的Son Thai Le等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型相干接收機(jī)，如圖2所示。該方案采用了單端相干接收機(jī)（SER），并將平衡光電探測(cè)器（PDs）替換為單端PDs以降低因平方律檢波而產(chǎn)生的信號(hào)間拍頻干擾（SSBI）。研究人員還通過(guò)引入直接場(chǎng)重構(gòu)（DFR）、剪切迭代SSBI抵消（CIC）和梯度下降（GD）技術(shù)來(lái)進(jìn)一步降低SSBI影響。此外，他們還提出一種SERs自校準(zhǔn)技術(shù)，用于表征傳統(tǒng)平衡相干接收機(jī)（BR）的光電（O/E）響應(yīng)[2]。研究人員在含100KM單模光纖鏈路的系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：使用上述接收機(jī)傳輸90GBaud概率星座整形64階正交幅度調(diào)制（PCS-64QAM）信號(hào)， 凈數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)882Gbit/s；與傳統(tǒng)平衡相干接收方式相比接收機(jī)靈敏度損失更低。綜上所述，該類器件將在未來(lái)高速相干光通信系統(tǒng)中具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。



3.可見(jiàn)光通信
美國(guó)加州SLD激光有限公司的Changmin Lee等研究人員設(shè)計(jì)了一種高速可見(jiàn)光（LiFi）通信系統(tǒng)，如圖3所示。該系統(tǒng)集成在表面貼裝設(shè)備（SMD）的封裝平臺(tái)上，采用超高亮度激光源提供450流明的白光輸出（亮度為1000cd/mm2），并應(yīng)用含藍(lán)光和紅外（IR）雙波長(zhǎng)的激光二極管。研究人員在3m長(zhǎng)信道中對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：使用單個(gè)SMD中的藍(lán)光和紅外激光器可實(shí)現(xiàn)大于25Gbit/s的高速信息傳輸；研究人員基于側(cè)發(fā)射光纖設(shè)計(jì)的雙波長(zhǎng)SMD光源支持高達(dá)2.8Gbit/s速率的信息傳輸[3]。毫無(wú)疑問(wèn)，該方案證明了兼顧裝飾性照明和寬帶高質(zhì)量可見(jiàn)光通信融合應(yīng)用的可能性。



4.多芯光纖
日本情報(bào)通信研究機(jī)構(gòu)的Benjamin J. Puttnam等研究人員對(duì)S、C和L波段光信號(hào)在四芯光纖中的循環(huán)傳輸進(jìn)行了分析研究，如圖4所示。他們將摻銩和摻鉺光纖放大與分布式拉曼放大方式相結(jié)合，并使用包層直徑為125um（與標(biāo)準(zhǔn)單模光纖相同）的多芯光纖（MCF）（其中單纖芯含552路波長(zhǎng)（間隔為25GHz），可覆蓋120nm以上的帶寬）。研究人員采用了不同調(diào)制方式對(duì)系統(tǒng)中光信號(hào)的傳輸性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，24.5GBaud偏分復(fù)用16階正交幅度調(diào)制（PDM-16QAM）信號(hào)經(jīng)3001km距離長(zhǎng)傳輸后，經(jīng)廣義互信息（GMI）估計(jì)后數(shù)據(jù)速率為342Tbit/s，經(jīng)低密度奇偶校驗(yàn)（LDPC）譯碼后測(cè)算信息吞吐量為319Tbit/s；當(dāng)傳輸距離為8027 km時(shí)，24.5GBaud PDM-QPSK調(diào)制信號(hào)的傳輸速率為83.7Gbit/s[4]。綜上所述，通過(guò)采用多種放大方式結(jié)合的方式能進(jìn)一步提升三種不同波段內(nèi)寬帶信號(hào)的吞吐量和光纖鏈路傳輸距離；且MCF技術(shù)可在增加系統(tǒng)傳輸容量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)空分復(fù)用（SDM）系統(tǒng)的資源共享和集成。



5.太赫茲光通信系統(tǒng)
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Yannik Horst等研究人員針對(duì)高速信號(hào)在太赫茲光通信系統(tǒng)中的傳輸性能進(jìn)行了研究，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。他們通過(guò)單行載流子光電二極管（UTC-PD）實(shí)現(xiàn)了信號(hào)從光域到太赫茲域的轉(zhuǎn)換（即采用等離子體調(diào)制器將太赫茲信號(hào)映射到光載波上）。研究結(jié)果表明，當(dāng)自由空間信道長(zhǎng)度為5m（級(jí)聯(lián)發(fā)射端6km和接收端4km的傳輸光纖）時(shí)，可實(shí)現(xiàn)200.25Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率；當(dāng)自由空間信道增加到115m時(shí)，可實(shí)現(xiàn)114.9Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率；以上測(cè)試結(jié)果都是在無(wú)任何電信號(hào)域放大裝置的情形下完成的。當(dāng)自由空間信道為115m且采用THz放大器時(shí)，可實(shí)現(xiàn)164.4Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率[5]。綜上所述，基于等離子體調(diào)制器實(shí)現(xiàn)的該方案為未來(lái)透明大容量光纖無(wú)線通信系統(tǒng)的應(yīng)用提供了新思路。



6.微波光子陷波濾波器
澳大利亞悉尼大學(xué)的Matthew Garrett等研究人員設(shè)計(jì)了一種微波光子（MWP）陷波濾波器（具有三個(gè)獨(dú)立的頻點(diǎn)可在20GHz范圍內(nèi)調(diào)諧），如圖6所示。該方案通過(guò)級(jí)聯(lián)多個(gè)氮化硅（Si3N4）微環(huán)諧振器（MRRs）實(shí)現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)，利用三硫化砷（As2S3）光子芯片上的布里淵散射效應(yīng)使得射頻（RF）信號(hào)陷波深度增加；該濾波器可實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括：8dB的低通頻帶損耗、峰值陷波深度大于40 dB、頻譜分辨率為500 MHz。研究人員使用該濾波器在RF域進(jìn)行了濾波模擬實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明，在相干通信接收系統(tǒng)射頻下變頻過(guò)程中，使用該器件后接收信號(hào)星座的誤差矢量幅度（EVM）從59.8%大幅降低至14.9%[6]。綜上所述，該濾波器設(shè)計(jì)方案有望在寬帶射頻系統(tǒng)中起到提升接收信號(hào)性能的作用。



參考文獻(xiàn)：
[1] A. Bekkali, H. Fujita, and M. Hattori, “New Generation Free-Space Optical Communication Systems with Advanced Optical Beam Stabilizer,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 5, pp. 1509–1518, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3146252.
[2] S. T. Le, V. Aref, and J. Cho, “Single-ended coherent receiver,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 5, pp. 1382–1399, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3127347.
[3] C. Lee et al., “26 Gbit/s LiFi system with laser-based white light transmitter,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 5, pp. 1432–1439, 2022, doi: 10.1109/JLT.2021.3124942.
[4] B. J. Puttnam, R. S. Luis, G. Rademacher, Y. Awaji, and H. Furukawa, “High-Throughput and Long-Distance Transmission With >120 nm S-, C- and L-Band Signal in a 125μm 4-Core Fiber,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 6, pp. 1633–1639, 2021, doi: 10.1109/jlt.2021.3128725.
[5] Y. Horst et al., “Transparent Optical-THz-Optical Link at 240/192 Gbit/s over 5/115 m Enabled by Plasmonics,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 6, pp. 1690–1697, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3148534.
[6] M. Garrett et al., “Multi-Band and Frequency-Agile Chip-based RF Photonic Filter for Ultra-deep Interference Rejection,” J. Light. Technol., vol. 40, no. 6, pp. 1672–1680, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3129509.