2/29/2024，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，李文臣，楊林婕，柳海楠，陳超，胡文光，張顏鷺，岳京歌，靳清清。

2024年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：垂直腔面發(fā)射激光器、水下無線光通信、生物傳感器、長距離光傳輸、多通道線均衡器、盲偏振解復(fù)用算法等，筆者將逐一評析。

1、垂直腔面發(fā)射激光器
意大利都靈理工大學(xué)的Leonardo Minelli等研究人員通過在多模光纖（MMF）鏈路使用PAM4信號進(jìn)行短距離數(shù)據(jù)中心內(nèi)互連（DCI）的符合性測試，來研究利用非線性數(shù)字預(yù)失真器（DPD）優(yōu)化垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）作為光信號發(fā)射機(jī)（TX）的工作性能。他們采用了兩種不同優(yōu)化方法：1、直接學(xué)習(xí)架構(gòu)（DLA）的優(yōu)化；2、端到端（E2E）學(xué)習(xí)的優(yōu)化，如圖1所示[1]。在DLA優(yōu)化方案中，研究人員設(shè)計了系統(tǒng)模型（涉及數(shù)字化光學(xué)背靠背（B2B）系統(tǒng)和峰峰值（P2P）歸一化），并通過訓(xùn)練DPD對號進(jìn)行編碼以減輕傳輸失真影響；在E2E優(yōu)化方案中，研究人員設(shè)計了TDECQ-based E2E系統(tǒng)模型（包括用于TDECQ測量的數(shù)字信號處理（DSP）模塊、聯(lián)合訓(xùn)練DPD和接收端解碼器），以補(bǔ)償信道失真，優(yōu)化傳輸質(zhì)量。研究結(jié)果證明：上述兩種優(yōu)化方法均克服了MMF鏈路中光信號失真的負(fù)面影響，在未來設(shè)計短距離應(yīng)用的VCSEL提供了參考借鑒。



2、水下無線光通信
北京大學(xué)的Zeyad A. H. Qasem等研究人員設(shè)計了一種高效導(dǎo)頻輔助調(diào)制技術(shù)（E-PA-DCO-OFDM)，以克服水下無線光通信面臨的傳輸邊帶信息（SI）所需計算復(fù)雜度（CC）高和導(dǎo)致頻譜效率（SE）降低的影響[2]。如圖2所示，該方案通過傳輸?shù)头寰�功率比（PAPR）導(dǎo)頻序列標(biāo)記，而不是傳輸整個導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提升有效信息傳輸利用率；并將快速傅里葉逆變換（IFFT）中涉及的矩陣分解為兩個低復(fù)雜度矩陣，以避免執(zhí)行多路IFFT過程，一定程度上克服了低SE和高CC的影響。此外，在水下無線光通信（UWOC）環(huán)境中，與候選導(dǎo)頻標(biāo)記相關(guān)的調(diào)制信號可以多次傳輸，以保證接收端正確檢測。研究結(jié)果證明，在2米深的水箱中，與傳統(tǒng)導(dǎo)頻輔助調(diào)制技術(shù)相比，采用E-PA-DCO-OFDM技術(shù)降低了52.4%的CC；如果傳輸相同大小的數(shù)據(jù)塊，SE則可節(jié)省32.55%。綜上所述，該方案為未來UWOC系統(tǒng)的應(yīng)用提供了參考借鑒。



3、生物傳感器
東北大學(xué)的Hongrui Zhang等研究人員設(shè)計了一種用于快速檢測血紅蛋白（Hb）的流體激光（FOFL）生物傳感器[3]。如圖3所示，該器件集成了回音壁模式（WGM）光學(xué)微腔和壁厚僅為幾微米的薄壁空心光纖（HOF）（利用HOF作為WGM微腔和微流體通道，以有機(jī)染料作為增益介質(zhì)）。由于染料-蛋白復(fù)合物會引起染料熒光猝滅，研究人員通過FOFL放大猝滅效應(yīng)對Hb進(jìn)行秒級快速檢測。研究結(jié)果表明：在秒級時間內(nèi)獲得了0.7nM的檢測限（LOD）和三個數(shù)量級的動態(tài)范圍；與熒光檢測方式相比，該器件具備樣品用量少、均質(zhì)免水洗、工作流程簡單和可重復(fù)利用等優(yōu)點。綜上所述，上述研究方案可能為血液中Hb的檢測提供一種新方法，并有潛力應(yīng)用于一些相關(guān)疾病的診斷過程。



4、長距離光傳輸
       北京郵電大學(xué)的Hao Gao等研究人員比較研究了長距離射頻（RF）傳輸中單跨傳輸、信號中繼和級聯(lián)傳輸三種中繼方法，如圖4所示；并對比以上方案中信號的頻率不穩(wěn)定性影響[4]（主要圍繞如何在長距離光纖傳輸中實現(xiàn)高精度頻率同步進(jìn)行研究）。研究人員在3009.8km長距離的光纖鏈路中進(jìn)行了概念驗證實驗，結(jié)合相位共軛和鎖相環(huán)（PLL）進(jìn)行了長距離頻率傳輸實驗。研究結(jié)果證明：級聯(lián)連接方法具有最佳傳輸性能，對于相位穩(wěn)定的RF信號其頻率不穩(wěn)定性在1秒內(nèi)為8.8×10-14，在10,000秒內(nèi)為8.4×10-17。上述研究方案一定程度上解決了長距離光信號傳輸中的頻率同步問題，并證明了級聯(lián)連接是最佳選擇，這將對光纖通信系統(tǒng)中超長距離原子鐘的校準(zhǔn)具有重要意義。



5、多通道線均衡器
瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的Zonglong He等研究人員分析了應(yīng)用光學(xué)頻率梳驅(qū)長距離光通信系統(tǒng)中的聯(lián)合多通道線性均衡影響，并設(shè)計了一種多通道均衡器[5]，如圖5所示；分別在80、400、800和1200 km光纖鏈路上進(jìn)行了傳輸實驗，分析了放大器自發(fā)輻射（ASE）噪聲對信道間干擾（ICI）均衡的影響。研究結(jié)果證明：當(dāng)光信噪比（OSNR）降低時，多通道均衡器（MCE）的工作性能會顯著下降（尤其在應(yīng)用高階調(diào)制信號時）；相鄰波長信道的ASE噪聲可能耦合到信號中，將進(jìn)一步降低多通道均衡的工作性能；對于64進(jìn)制正交幅度調(diào)制（64-QAM）信號，在80km和800km傳輸后通過聯(lián)合處理，可實現(xiàn)信息速率（AIR）分別提升至0.32和0.18bit/s/Hz，在傳輸1200km后，提升效果不明顯；與單通道均衡方式相比，通過使用優(yōu)化抽頭數(shù)的多通道均衡器，16-QAM和64-QAM信號在傳輸800km后實現(xiàn)了0.1bit/s/Hz的AIR提升；在不同符號速率下測得的AIR趨勢可作為OSNR的函數(shù)，不僅可分析傳輸ASE噪聲，還可用于分析其他噪聲，如收發(fā)器中的電噪聲和光噪聲。上述研究方案對于未來設(shè)計長距離多通道光通信系統(tǒng)有一定的參考借鑒價值。



6、盲偏振解復(fù)用算法
荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Vinod Bajaj等研究人員設(shè)計了一種適應(yīng)于有中等偏振模色散（PMD）效應(yīng)的頻域（FD）聯(lián)合對角化（JD）概率感知多模（pr-MMA）分析算法[6]，如圖6所示。他們以無記憶常模算法（CMA）初始化MMA為基準(zhǔn)，采用FDJD-pr-MMA和聯(lián)合對角化概率感知多模（JD-pr-MMA）算法在一階PMD通道上對正交幅度調(diào)制（PCS-QAM）信號的星座圖概率整形過程進(jìn)行分析。研究結(jié)果證明：在符號持續(xù)時間（Tsymb）達(dá)10%的差分群延遲（DGD）和18dB SNR/pol下，可成功解復(fù)用PCS信號；但無法適應(yīng)于CMA-MMA。在差分群延遲（DGD）高達(dá)Tsymb 40%的PMD通道上，F(xiàn)DJD-pr-MMA對于中等PMD效應(yīng)影響具有魯棒性，并且FDJD-pr-MMA算法成功地將DGD的PMD通道均衡至Tsymb 20%。上述研究方案對于未來光通信系統(tǒng)中改善偏振復(fù)用帶來的負(fù)面影響有一定的參考借鑒價值。



參考文獻(xiàn)
[1]Minelli L, Forghieri F, Shao T, et al. TDECQ-Based Optimization of Nonlinear Digital Pre-Distorters for VCSEL-MMF Optical Links Using End-to-End Learning[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(2): 621-635.
[2]Qasem Z A H, Ali A, Deng B, et al. Spectral and Energy Efficient Pilot-Assisted PAPR Reduction Technique for Underwater Wireless Optical Communication Systems[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.
[3]Zhang H, Han B, Li X, et al. An optical fiber optofluidic laser biosensor for rapid hemoglobin detection using organic dye[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.
[4]Gao H, Jiang T, Li J, et al. Comparison of relay methods for long-distance radio frequency transmission[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.
[5]He Z, Vijayan K, Mirani A, et al. Inter-Channel Interference Cancellation for Long-Haul Superchannel System[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.
[6]Bajaj V, Van de Plas R, Wahls S. Blind Polarization Demultiplexing of Shaped QAM Signals Assisted by Temporal Correlations[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.