2021年1月PTL光通信論文評析
發(fā)布時間：2021-03-12 14:32:13 熱度：1851
特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊琪銘，于妮
3/12/2021，光纖在線訊 2021年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光子濾波器、超寬帶光子交織器、多模光纖傳輸鏈路、激光器和調(diào)制器等，筆者將逐一評析。
1、光子濾波器
埃及艾因夏姆斯大學(xué)的Hussein E. Kotb等研究人員設(shè)計了采用微電子機械系統(tǒng)（MEMS）半導(dǎo)體光放大器（SOA）有源干涉儀的可調(diào)微波光子濾波器（MPF）。該MPF通過對SOA的自發(fā)輸出過程進行切片處理，將輸出再次反饋給SOA，利用SOA的增益飽和效應(yīng)進行信號放大和自動光損耗均衡；其中，MPF的兩種配置框圖如圖1所示。研究人員通過MEMS中靜電梳狀致動器驅(qū)動反射鏡在241.6 MHz范圍內(nèi)微調(diào)MPF的中心頻率，并使用SOA作為寬帶源和飽和型光放大器，在3.3 GHz處對通帶中心頻率進行了實驗調(diào)諧。結(jié)果表明，MPF調(diào)諧分辨率為6.04 MHz /μm，3 dB帶寬平均值為141 MHz，通帶微波功率衰減從11.58降低到了3.72 dB[1]。
圖1 MPF兩種配置框圖
2、超寬帶光子交織器
美國哥倫比亞大學(xué)的Anthony Rizzo等研究人員設(shè)計了能夠在125 nm帶寬上對頻率梳狀線實現(xiàn)交織和解交織的超寬帶硅光子交織器。該交織器具有400GHz的自由光譜工作范圍，可將具有200GHz信道間隔的光頻率梳分為兩個輸出組，并將輸出組的信道間隔設(shè)為400GHz，從而在1525nm到1650nm之間生成78路波分復(fù)用信道，其工作原理如圖2所示。研究人員使用環(huán)形輔助非對稱馬赫曾德爾干涉儀來實現(xiàn)平頂通帶響應(yīng)過程，同時保持了尺寸緊湊的設(shè)備制備過程。研究表明，超寬帶硅光子交織器可以支持?jǐn)U展150nm以上的帶寬，而性能幾乎沒有下降；在125nm范圍內(nèi)，最壞情況下的串?dāng)_抑制比為10dB，典型串?dāng)_抑制比約為15dB[2]。
圖2 超寬帶硅光子交織器工作原理
3、多模光纖傳輸鏈路
韓國科學(xué)技術(shù)院研究的Minsik Kim等研究人員在850 nm波段將發(fā)送器的HI-780尾纖與OM2型多模光纖（MMF）融合實現(xiàn)了模式場匹配中心發(fā)射（MCL）技術(shù)。HI-780尾纖與OM2型MMF多模光纖融合過程是：將電弧放電持續(xù)時間和光纖推擠距離設(shè)置為17s和19m，通過優(yōu)化對接條件，最終實現(xiàn)了高于92％的耦合效率。研究人員通過使用MCL技術(shù)演示了在1km OM2型MMF上傳輸112Gb / s四電平脈沖幅度調(diào)制（PAM4）信號的過程，實驗裝置如圖3所示。研究表明，在使用MCL技術(shù)時，MMF傳輸鏈路的頻率響應(yīng)特性與單模光纖（SMF）傳輸鏈路的頻率響應(yīng)特性類似，即使存在諸如光纖彎曲和振動之類的機械擾動，HI-780尾纖與OM2型MMF的融接接性能也非常穩(wěn)定[3]。
圖3 相關(guān)實驗裝置
4、激光器
法國里昂國立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的C. Paranthoen等研究人員設(shè)計了基于InP上InAs量子點（QD）的垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）。該VCSEL在每個QD層內(nèi)1011 cm-2極高密度和15nm的薄間隔層增強了QD模態(tài)增益，并支持在室溫條件生成1550nm的連續(xù)波（CW）信號，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。研究人員通過更加有效的鍵合過程實現(xiàn)了VCSEL更高的輸出功率，并將其與電驅(qū)動激發(fā)過程相結(jié)合改進了熱擴散效率工藝。研究表明，與傳統(tǒng)的量子阱（QW）結(jié)構(gòu)相比，該VCSEL的光泵浦閾值降低了6倍。QD-VCSEL具有恒定的偏振態(tài)，依據(jù)腔體長度的不同可實現(xiàn)輸出功率為0.14mW，與因其小體積和低功耗可以將其集成到復(fù)雜光電路中并與之實現(xiàn)兼容[4]。
圖4 VCSEL結(jié)構(gòu)原理
5、調(diào)制器
瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院量子電子學(xué)研究所的David Pohl等研究人員設(shè)計了采用波導(dǎo)布拉格光柵（WBG）的薄膜鈮酸鋰集成電光調(diào)制器（EOM）。該電光調(diào)制器通過WBG濾光器特性抑制光學(xué)邊帶實現(xiàn)了固有單邊帶調(diào)制過程，因此無需色散補償過程就可以實現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上傳輸100 Gbit / s的開關(guān)鍵控（NRZ-OOK）信號。研究人員在強度調(diào)制直接檢測系統(tǒng)中，采用2級、4級和8級脈沖幅度調(diào)制格式演示了100Gbit/s NRZ-OOK信號的收發(fā)及傳輸，實驗裝置如圖5所示。研究表明，在工作波長為1555.87nm時，EOM的光學(xué)消光比值為53.8dB，NRZ-OOK信號傳輸后的誤碼率為1.3×10-5[5]。
圖5 信號傳輸實驗裝置
參考文獻
[1] H. E. Kotb, Y. M. Sabry, M. S. Abdallah and H. Omran, "MEMS-SOA Spectrum-Sliced Auto-Equalized Source Enabling Uniformly Tunable Microwave Photonic Filter," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 15-18, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3041439.
[2] A. Rizzo, Q. Cheng, S. Daudlin and K. Bergman, "Ultra-Broadband Interleaver for Extreme Wavelength Scaling in Silicon Photonic Links," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 55-58, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044262.
[3] M. Kim, B. G. Kim, S. Bae and Y. C. Chung, "112-Gb/s PAM4 Transmission Over 1 km of MMF With Mode-Field Matched Center- Launching in 850-nm Band," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 23-26, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3041718.
[4] C. Paranthoen et al., "Low Threshold 1550-nm Emitting QD Optically Pumped VCSEL," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 2, pp. 69-72, 15 Jan.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044457.
[5] D. Pohl et al., "100-GBd Waveguide Bragg Grating Modulator in Thin-Film Lithium Niobate," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 2, pp. 85-88, 15 Jan.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044648.
3/12/2021，光纖在線訊 2021年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光子濾波器、超寬帶光子交織器、多模光纖傳輸鏈路、激光器和調(diào)制器等，筆者將逐一評析。
1、光子濾波器
埃及艾因夏姆斯大學(xué)的Hussein E. Kotb等研究人員設(shè)計了采用微電子機械系統(tǒng)（MEMS）半導(dǎo)體光放大器（SOA）有源干涉儀的可調(diào)微波光子濾波器（MPF）。該MPF通過對SOA的自發(fā)輸出過程進行切片處理，將輸出再次反饋給SOA，利用SOA的增益飽和效應(yīng)進行信號放大和自動光損耗均衡；其中，MPF的兩種配置框圖如圖1所示。研究人員通過MEMS中靜電梳狀致動器驅(qū)動反射鏡在241.6 MHz范圍內(nèi)微調(diào)MPF的中心頻率，并使用SOA作為寬帶源和飽和型光放大器，在3.3 GHz處對通帶中心頻率進行了實驗調(diào)諧。結(jié)果表明，MPF調(diào)諧分辨率為6.04 MHz /μm，3 dB帶寬平均值為141 MHz，通帶微波功率衰減從11.58降低到了3.72 dB[1]。
2、超寬帶光子交織器
美國哥倫比亞大學(xué)的Anthony Rizzo等研究人員設(shè)計了能夠在125 nm帶寬上對頻率梳狀線實現(xiàn)交織和解交織的超寬帶硅光子交織器。該交織器具有400GHz的自由光譜工作范圍，可將具有200GHz信道間隔的光頻率梳分為兩個輸出組，并將輸出組的信道間隔設(shè)為400GHz，從而在1525nm到1650nm之間生成78路波分復(fù)用信道，其工作原理如圖2所示。研究人員使用環(huán)形輔助非對稱馬赫曾德爾干涉儀來實現(xiàn)平頂通帶響應(yīng)過程，同時保持了尺寸緊湊的設(shè)備制備過程。研究表明，超寬帶硅光子交織器可以支持?jǐn)U展150nm以上的帶寬，而性能幾乎沒有下降；在125nm范圍內(nèi)，最壞情況下的串?dāng)_抑制比為10dB，典型串?dāng)_抑制比約為15dB[2]。
3、多模光纖傳輸鏈路
韓國科學(xué)技術(shù)院研究的Minsik Kim等研究人員在850 nm波段將發(fā)送器的HI-780尾纖與OM2型多模光纖（MMF）融合實現(xiàn)了模式場匹配中心發(fā)射（MCL）技術(shù)。HI-780尾纖與OM2型MMF多模光纖融合過程是：將電弧放電持續(xù)時間和光纖推擠距離設(shè)置為17s和19m，通過優(yōu)化對接條件，最終實現(xiàn)了高于92％的耦合效率。研究人員通過使用MCL技術(shù)演示了在1km OM2型MMF上傳輸112Gb / s四電平脈沖幅度調(diào)制（PAM4）信號的過程，實驗裝置如圖3所示。研究表明，在使用MCL技術(shù)時，MMF傳輸鏈路的頻率響應(yīng)特性與單模光纖（SMF）傳輸鏈路的頻率響應(yīng)特性類似，即使存在諸如光纖彎曲和振動之類的機械擾動，HI-780尾纖與OM2型MMF的融接接性能也非常穩(wěn)定[3]。
4、激光器
法國里昂國立應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的C. Paranthoen等研究人員設(shè)計了基于InP上InAs量子點（QD）的垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）。該VCSEL在每個QD層內(nèi)1011 cm-2極高密度和15nm的薄間隔層增強了QD模態(tài)增益，并支持在室溫條件生成1550nm的連續(xù)波（CW）信號，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。研究人員通過更加有效的鍵合過程實現(xiàn)了VCSEL更高的輸出功率，并將其與電驅(qū)動激發(fā)過程相結(jié)合改進了熱擴散效率工藝。研究表明，與傳統(tǒng)的量子阱（QW）結(jié)構(gòu)相比，該VCSEL的光泵浦閾值降低了6倍。QD-VCSEL具有恒定的偏振態(tài)，依據(jù)腔體長度的不同可實現(xiàn)輸出功率為0.14mW，與因其小體積和低功耗可以將其集成到復(fù)雜光電路中并與之實現(xiàn)兼容[4]。
5、調(diào)制器
瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院量子電子學(xué)研究所的David Pohl等研究人員設(shè)計了采用波導(dǎo)布拉格光柵（WBG）的薄膜鈮酸鋰集成電光調(diào)制器（EOM）。該電光調(diào)制器通過WBG濾光器特性抑制光學(xué)邊帶實現(xiàn)了固有單邊帶調(diào)制過程，因此無需色散補償過程就可以實現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上傳輸100 Gbit / s的開關(guān)鍵控（NRZ-OOK）信號。研究人員在強度調(diào)制直接檢測系統(tǒng)中，采用2級、4級和8級脈沖幅度調(diào)制格式演示了100Gbit/s NRZ-OOK信號的收發(fā)及傳輸，實驗裝置如圖5所示。研究表明，在工作波長為1555.87nm時，EOM的光學(xué)消光比值為53.8dB，NRZ-OOK信號傳輸后的誤碼率為1.3×10-5[5]。
參考文獻
[1] H. E. Kotb, Y. M. Sabry, M. S. Abdallah and H. Omran, "MEMS-SOA Spectrum-Sliced Auto-Equalized Source Enabling Uniformly Tunable Microwave Photonic Filter," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 15-18, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3041439.
[2] A. Rizzo, Q. Cheng, S. Daudlin and K. Bergman, "Ultra-Broadband Interleaver for Extreme Wavelength Scaling in Silicon Photonic Links," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 55-58, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044262.
[3] M. Kim, B. G. Kim, S. Bae and Y. C. Chung, "112-Gb/s PAM4 Transmission Over 1 km of MMF With Mode-Field Matched Center- Launching in 850-nm Band," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 23-26, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3041718.
[4] C. Paranthoen et al., "Low Threshold 1550-nm Emitting QD Optically Pumped VCSEL," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 2, pp. 69-72, 15 Jan.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044457.
[5] D. Pohl et al., "100-GBd Waveguide Bragg Grating Modulator in Thin-Film Lithium Niobate," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 2, pp. 85-88, 15 Jan.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044648.
