2019年9月PTL光通信論文評析
發(fā)布時間：2019-10-14 08:43:27 熱度：2227
光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉,龍穎，胡欽政，王壯，楊杰
2019年9月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：有源器件、無源器件、光子學系統(tǒng)和光纖網(wǎng)絡與傳輸系統(tǒng)等，筆者將逐一評析。
1. 有源器件
澳大利亞新南威爾士大學的Xinyue Lei 等研究人員設計了一種利用單一線性光纖激光器腔來產(chǎn)生連續(xù)波（CW）、調(diào)Q和鎖模激光脈沖的新方法，原理如圖1所示。這三種工作模式可以通過腔內(nèi)液晶傳播單元的電信號來進行選擇。在Q開關模式下，重復率為0.2~6kHz時，產(chǎn)生了持續(xù)時間為1.3μs、最大能量為2.7μJ、峰值功率為1.9W的調(diào)Q激光脈沖。在鎖模工作模式中，他們采用了兩種調(diào)制方式（包括幅度調(diào)制（AM）鎖模和頻率調(diào)制（FM）鎖模），在調(diào)制頻率分別為944.5kHz和472.3kHz的情況下，獲得了AM和FM鎖模激光脈沖，持續(xù)時間分別為65ns和72ns。他們還對液晶單元進行了輕微修改，以實現(xiàn)幅度調(diào)制（AM）和頻率調(diào)制（FM）鎖模之間的直接比較[1]。
圖1 基于液晶傳感器的一體化光纖激光器
2. 無源器件
蘭州大學的Hao Jia等研究人員利用功率分配器和級聯(lián)非對稱軌道微環(huán)諧振器，設計了一種可擴展的從電數(shù)據(jù)總線到多模光數(shù)據(jù)總線的接口方案（如圖2所示）。他們將高速并行電信號轉(zhuǎn)換成多模光數(shù)據(jù)總線中的正交光信號，再提供給其它客戶端設備。其中，非對稱軌道微環(huán)諧振器主要承擔模式轉(zhuǎn)換的功能，通過設置適當軌道區(qū)域，它可以在較小半徑范圍內(nèi)實現(xiàn)理想的耦合系數(shù)，從而減小軌道占地面積。同時，他們還將PN結(jié)嵌入到微腔中，通過等離子體色散效應，賦予基于微環(huán)的模式轉(zhuǎn)換的電光調(diào)制功能。研究人員在具有四個模式信道的設備上進行了演示，其中單通道的調(diào)制速度可高達50 Gbps；在采用單波長輸入時，光數(shù)據(jù)總線可以實現(xiàn)200 Gbps的總數(shù)據(jù)傳輸速率[2]。
[center]
圖2 (a)電子數(shù)據(jù)總線與多模光學數(shù)據(jù)總線接口；(b)工作原理
3. 光子學系統(tǒng)
美國Neophotonics公司的Likai Zhu等研究人員使用有限有效位數(shù)（ENOB）數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）對預均衡進行了數(shù)值模擬和實驗研究。結(jié)果表明，預均衡能夠顯著提高峰均比（PAPR）和降低DAC的失真比（SINAD），并且傳輸性能可以通過SINAD和帶寬補償之間的權(quán)衡來優(yōu)化。他們在優(yōu)化后的數(shù)字預均衡器中，利用全光硅子IQ調(diào)制器實現(xiàn)了100G波特16QAM和32QAM光信號的傳輸，實驗裝置如圖3所示。此外，他們還研究了模擬帶寬的限制問題。仿真結(jié)果表明，發(fā)射機模擬頻率響應滾轉(zhuǎn)斜率和小于-15dB的模擬帶寬對預均衡高波特率傳輸非常重要[3]。
圖3 基于SiPho調(diào)制器實現(xiàn)QAM傳輸?shù)膶嶒炑b置
廈門大學的Nan Li等研究人員研究了工作在639nm的二極管泵浦Pr：YLF可見激光器中高階橫模的產(chǎn)生，裝置如圖4所示。他們使用雙鏡線性腔并在連續(xù)波工作狀態(tài)下操作激光器，通過離軸泵浦和激光諧振器的錯位，直接產(chǎn)生了m從0到120變化的可調(diào)諧厄米-高斯模HG0, m；同樣，他們使用V型腔加上Co: ASL飽和吸收器，在Q轉(zhuǎn)換狀態(tài)下也生成了高階HG0, m模式，并且m的最大變化值為12。在上述兩種情況下，腔內(nèi)HG0, m模通過放置在腔外的一對圓柱透鏡轉(zhuǎn)換為相應的拉蓋爾-高斯模LG0,m，研究人員使用菲佐干涉儀來檢查波前螺旋特性。這種在連續(xù)波以及調(diào)Q態(tài)中獲得的可調(diào)諧高階激光橫向模式適合許多應用場景，例如3D材料處理等[4]。
圖4 相關激光裝置
5. 光纖網(wǎng)絡與傳輸系統(tǒng)
復旦大學電磁波信息科學重點實驗室的Kaihui Wang等研究人員設計了一種直接檢測（DD）的正交頻分復用（OFDM）系統(tǒng)（如圖5所示），系統(tǒng)中采用了Krams - Kronig(KK)檢測和概率整形(PS)技術。借助于這兩種技術，他們在25km標準單模光纖（SSMF）中成功傳輸了140Gbit/s PS-256QAM信號，所滿足的NGMI閾值為0.865；KK檢測方案作為該OFDM系統(tǒng)中采用的關鍵技術，能有效減少信號間拍頻干擾（SSBI）的損傷，在低載波信號功率比（CSPR）的情況下能提高系統(tǒng)的傳輸性能，實驗裝置如圖6所示。實驗結(jié)果表明，采用KK檢測技術和PS技術能有效提高單邊帶OFDM信號的收發(fā)性能[5]。
圖5 相關收發(fā)系統(tǒng)
圖6 基于KK檢測技術的實驗裝置
參考文獻[/b]
[1] Xinyue Lei; Christoph Wieschendorf; Josiah Firth; Francois Ladouceur; et al. All-in-One Fiber
Laser Based on a Liquid Crystal Transducer [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1409 - 1412.
[2] Hao Jia; Xin Fu; Ting Zhou; Lei Zhang; et al. Interface of Electrical Data-Bus to Multimode Optical Data-Bus Using Racetrack Microring Resonators [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1397 - 1400.
[3] Likai Zhu; Jianying Zhou; Jian Wang; Qun Zhang. Pre-Equalization and Bandwidth Limitation
for a 100-G-Baud 32 QAM All-Silicon Transmitter [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1453 - 1456.
[4] Nan Li; Bin Xu; Shengwei Cui; Xiaodong Qiu; et al. High-Order Vortex Generation From CW
and Passively Q-Switched Pr:YLF Visible Lasers [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1457 - 1460.
[5] Kaihui Wang; Yiran Wei; Mingming Zhao; et al. 140-Gb/s PS-256-QAM Transmission in an
OFDM System Using Kramers–Kronig Detection [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1405 - 1408.
2019年9月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：有源器件、無源器件、光子學系統(tǒng)和光纖網(wǎng)絡與傳輸系統(tǒng)等，筆者將逐一評析。
1. 有源器件
澳大利亞新南威爾士大學的Xinyue Lei 等研究人員設計了一種利用單一線性光纖激光器腔來產(chǎn)生連續(xù)波（CW）、調(diào)Q和鎖模激光脈沖的新方法，原理如圖1所示。這三種工作模式可以通過腔內(nèi)液晶傳播單元的電信號來進行選擇。在Q開關模式下，重復率為0.2~6kHz時，產(chǎn)生了持續(xù)時間為1.3μs、最大能量為2.7μJ、峰值功率為1.9W的調(diào)Q激光脈沖。在鎖模工作模式中，他們采用了兩種調(diào)制方式（包括幅度調(diào)制（AM）鎖模和頻率調(diào)制（FM）鎖模），在調(diào)制頻率分別為944.5kHz和472.3kHz的情況下，獲得了AM和FM鎖模激光脈沖，持續(xù)時間分別為65ns和72ns。他們還對液晶單元進行了輕微修改，以實現(xiàn)幅度調(diào)制（AM）和頻率調(diào)制（FM）鎖模之間的直接比較[1]。
圖1 基于液晶傳感器的一體化光纖激光器
2. 無源器件
蘭州大學的Hao Jia等研究人員利用功率分配器和級聯(lián)非對稱軌道微環(huán)諧振器，設計了一種可擴展的從電數(shù)據(jù)總線到多模光數(shù)據(jù)總線的接口方案（如圖2所示）。他們將高速并行電信號轉(zhuǎn)換成多模光數(shù)據(jù)總線中的正交光信號，再提供給其它客戶端設備。其中，非對稱軌道微環(huán)諧振器主要承擔模式轉(zhuǎn)換的功能，通過設置適當軌道區(qū)域，它可以在較小半徑范圍內(nèi)實現(xiàn)理想的耦合系數(shù)，從而減小軌道占地面積。同時，他們還將PN結(jié)嵌入到微腔中，通過等離子體色散效應，賦予基于微環(huán)的模式轉(zhuǎn)換的電光調(diào)制功能。研究人員在具有四個模式信道的設備上進行了演示，其中單通道的調(diào)制速度可高達50 Gbps；在采用單波長輸入時，光數(shù)據(jù)總線可以實現(xiàn)200 Gbps的總數(shù)據(jù)傳輸速率[2]。
[center]
圖2 (a)電子數(shù)據(jù)總線與多模光學數(shù)據(jù)總線接口；(b)工作原理
3. 光子學系統(tǒng)
美國Neophotonics公司的Likai Zhu等研究人員使用有限有效位數(shù)（ENOB）數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）對預均衡進行了數(shù)值模擬和實驗研究。結(jié)果表明，預均衡能夠顯著提高峰均比（PAPR）和降低DAC的失真比（SINAD），并且傳輸性能可以通過SINAD和帶寬補償之間的權(quán)衡來優(yōu)化。他們在優(yōu)化后的數(shù)字預均衡器中，利用全光硅子IQ調(diào)制器實現(xiàn)了100G波特16QAM和32QAM光信號的傳輸，實驗裝置如圖3所示。此外，他們還研究了模擬帶寬的限制問題。仿真結(jié)果表明，發(fā)射機模擬頻率響應滾轉(zhuǎn)斜率和小于-15dB的模擬帶寬對預均衡高波特率傳輸非常重要[3]。
圖3 基于SiPho調(diào)制器實現(xiàn)QAM傳輸?shù)膶嶒炑b置
廈門大學的Nan Li等研究人員研究了工作在639nm的二極管泵浦Pr：YLF可見激光器中高階橫模的產(chǎn)生，裝置如圖4所示。他們使用雙鏡線性腔并在連續(xù)波工作狀態(tài)下操作激光器，通過離軸泵浦和激光諧振器的錯位，直接產(chǎn)生了m從0到120變化的可調(diào)諧厄米-高斯模HG0, m；同樣，他們使用V型腔加上Co: ASL飽和吸收器，在Q轉(zhuǎn)換狀態(tài)下也生成了高階HG0, m模式，并且m的最大變化值為12。在上述兩種情況下，腔內(nèi)HG0, m模通過放置在腔外的一對圓柱透鏡轉(zhuǎn)換為相應的拉蓋爾-高斯模LG0,m，研究人員使用菲佐干涉儀來檢查波前螺旋特性。這種在連續(xù)波以及調(diào)Q態(tài)中獲得的可調(diào)諧高階激光橫向模式適合許多應用場景，例如3D材料處理等[4]。
圖4 相關激光裝置
5. 光纖網(wǎng)絡與傳輸系統(tǒng)
復旦大學電磁波信息科學重點實驗室的Kaihui Wang等研究人員設計了一種直接檢測（DD）的正交頻分復用（OFDM）系統(tǒng)（如圖5所示），系統(tǒng)中采用了Krams - Kronig(KK)檢測和概率整形(PS)技術。借助于這兩種技術，他們在25km標準單模光纖（SSMF）中成功傳輸了140Gbit/s PS-256QAM信號，所滿足的NGMI閾值為0.865；KK檢測方案作為該OFDM系統(tǒng)中采用的關鍵技術，能有效減少信號間拍頻干擾（SSBI）的損傷，在低載波信號功率比（CSPR）的情況下能提高系統(tǒng)的傳輸性能，實驗裝置如圖6所示。實驗結(jié)果表明，采用KK檢測技術和PS技術能有效提高單邊帶OFDM信號的收發(fā)性能[5]。
圖5 相關收發(fā)系統(tǒng)
圖6 基于KK檢測技術的實驗裝置
參考文獻[/b]
[1] Xinyue Lei; Christoph Wieschendorf; Josiah Firth; Francois Ladouceur; et al. All-in-One Fiber
Laser Based on a Liquid Crystal Transducer [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1409 - 1412.
[2] Hao Jia; Xin Fu; Ting Zhou; Lei Zhang; et al. Interface of Electrical Data-Bus to Multimode Optical Data-Bus Using Racetrack Microring Resonators [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1397 - 1400.
[3] Likai Zhu; Jianying Zhou; Jian Wang; Qun Zhang. Pre-Equalization and Bandwidth Limitation
for a 100-G-Baud 32 QAM All-Silicon Transmitter [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1453 - 1456.
[4] Nan Li; Bin Xu; Shengwei Cui; Xiaodong Qiu; et al. High-Order Vortex Generation From CW
and Passively Q-Switched Pr:YLF Visible Lasers [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1457 - 1460.
[5] Kaihui Wang; Yiran Wei; Mingming Zhao; et al. 140-Gb/s PS-256-QAM Transmission in an
OFDM System Using Kramers–Kronig Detection [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1405 - 1408.
