2022年12月PTL光通信論文評析
發(fā)布時間：2023-01-19 13:36:35 熱度：1993
1/19/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，李彥霖，李沖，陳鵬，左仁杰，劉栓凡，袁杰，柳海楠，楊林婕，陳超，胡文光，李文臣。
2022年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：多芯光纖串擾、太赫茲通信、光學成像、模式控制、自由空間光通信、寬帶多層吸收等；筆者將逐一評析。
1、多芯光纖串擾
蘇州大學的Lin Sun等研究人員設計了一種采用正交濾波技術來抑制多芯光纖（MCF）中芯間串擾（IC-XT）影響的方案，如圖1所示。由于正交濾波器可以通過脈沖整形來縮減信號的頻譜，因此適合于含帶寬受限光電器件的MCF系統(tǒng)以期獲得更高的頻譜效率。該方案在沒有實施多信道數(shù)字信號處理（DSP）的情況下抑制了弱耦合多芯光纖（WC-MCF）傳輸時的IC-XT影響，簡化了信號收發(fā)端配置[1]。通過基于耦合的非線性薛定諤方程構建具體的傳輸模型，研究人員模擬了100 km MCF中d600 Gbps 64QAM信號的傳輸過程；結果表明：使用正交匹配濾波器將IC-XT抑制在-10 dB時能實現(xiàn)6 dB的Q因子改善。該方案的設計為今后消除多芯光纖芯間串擾影響提供了借鑒參考。
2、太赫茲通信
復旦大學的Bowen Zhu等研究人員設計光子輔助太赫茲無線通信信號恢復的新型MIMO線性和Volterra非線性均衡器（MIMOL-VNLE），如圖2所示。研究結果表明，該均衡器支持同時補償線性損傷、非線性損傷和I/Q混合負面效應；實驗證明了在1米無線距離上440 GHz的20Gbaud 16QAM太赫茲信號在單信道傳輸后，可實現(xiàn)軟判決糾錯編解碼（SD-FEC）開銷25%時的誤碼率為4x10-2，與MIMO線性均衡器（MIMO-LE）和Volterra非線性均衡器（VNLE）相比，MIMOL-VNLE可以提升0.3 dB和0.5 dB的靈敏度 [2]。綜上所述，在未來光子輔助太赫茲無線通信系統(tǒng)的應用中，線性均衡器和非線性均衡器的有效結合是提高高速信號收發(fā)及傳輸?shù)挠行Х桨浮?br>
3、光學成像
英國肯特大學的Alejandro Martínez Jiménez等研究人員設計了用于高速成像并采用了新型掃描方式的掃頻源光學相干層析成像（SS-OCT）設備，如圖3所示；其中，光源是支持超連續(xù)介質源和能生成泵浦飛秒脈沖的可調諧激光器，并使用了一段時延光纖。該設備還配置了KTa1−xNbx O3（KTN）晶體以支持100 kHz驅動的超高速橫向掃描儀[3]工作。研究結果表明，該裝置支持提供重復頻率為40 MHz掃描和400Hz的3D-OCT體積采集速率，因其上述優(yōu)越性能在生物醫(yī)學和工業(yè)應用方面有較好的推廣價值。
4、模式控制
中國科學院大學的Jian Fan等研究人員設計了一種由弧形諧振腔、法布里-珀羅腔和側壁鋸齒微結構形成的非穩(wěn)腔工作模式，實現(xiàn)了980nm波長大功率廣域半導體激光器的模式選擇，如圖4所示。對稱紡錘形（3S）結構增大了低階模和高階模間的損耗，有利于抑制生成高階模式激光[4]。研究表明，由于橫向高階模式數(shù)量的減少，3S激光器的橫向遠場發(fā)散度和橫向光束質量分別提升了28%和15%，近場光斑高階模式數(shù)量同時減少。研究人員還指明：上述裝置還能進一步優(yōu)化鋸齒形結構和弧形結構參數(shù)，以改善光電流-電壓（LIV）特性，從而獲得更好的測量性能；上述結構不會增加額外成本，而且在未來激光器應用市場中上極具吸引力。
5、自由空間光通信
葡萄牙阿威羅大學電信研究所的B. T. Brandão等研究人員設計了支持自適應個人通信系統(tǒng)（PCS）調制和跨域熵加載的混合自由空間光通信-毫米波（FSO-mm Wave）傳輸系統(tǒng)，如圖5所示。研究人員采用上述系統(tǒng)穩(wěn)定傳輸了高速信號，并動態(tài)平衡了FSO和mm Wave傳輸鏈路間的比特率，以提升通信可靠性。研究人員成功實現(xiàn)了200Gbps速率信號的傳輸；其中毫米波鏈路對湍流引起的FSO鏈路傳輸速率降低提供了30Gbps的有效補償，從而有效弱化了FSO鏈路中0.9 dB的信噪比變化，與僅通過FSO鏈路傳輸相比，經過40次離線測量迭代驗證其累積容量增益超過150Gbps[5]。上述實驗結果展示了在采用先進調制技術時如何將傳統(tǒng)毫米波收發(fā)與無線光傳輸技術實現(xiàn)共生融合，以提高其在輕度湍流存在的實際信道中的應用可靠性。
6、寬帶多層吸收
哈爾濱工業(yè)大學的Yulin Zhao等研究人員提出了一種采用多目標遺傳算法（MOGA）的寬帶多層吸收體綜合方法，并利用上述方法設計了寬頻帶、廣角度的吸收器，如圖6所示。他們利用有效介質理論將非均勻介質等效為均勻介質，從而計算多層非均勻介質吸收器的吸收帶寬，并引入MOGA對其中幾何參數(shù)進行了優(yōu)化。研究結果表明，與現(xiàn)有的雙層周期階梯和金字塔吸收兩種設計方案相比，采用上述方案設計形成的結構總厚度減小了10.8 %和9.1 %[6]。此外，采用該方案設計的寬帶廣角吸收器，其吸收帶寬達到90 %（覆蓋2~18 GHz），總厚度僅為0.133波長。因此，上述方案在有效設計適用于電磁兼容性和隱身技術的寬帶多層吸收體領域具有潛在的應用價值。
參考文獻
Sun L, Liu G N, Cai Y, et al. Mitigating the inter-core crosstalk of multicore fiber transmission by orthogonal filtering[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(24): 1373-1376.
Zhu B, Wang Y, Kong M, et al. Photonics-Aided Terahertz-Wave Wireless Communication Employing Advanced Post-Equalizer[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(23): 1269-1272.
A. Martínez Jiménez, S. Grelet, V. Tsatourian, P. B. Montague, A. Bradu and A. Podoleanu,"400 Hz Volume Rate Swept-Source Optical Coherence Tomography at 1060 nm Using a KTN Deflector," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 23, pp. 1277-1280, 1 Dec.1, 2022, doi:10.1109/LPT.2022.3212015.
J. Fan et al., "A Composite Cavity for Mode Control in Broad-Area Diode Laser," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 24, pp. 1353-1356, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3215634.
B. T. Brandão, M. A. Fernandes, P. A. Loureiro, F. P. Guiomar and P. P. Monteiro, "Cooperative FSO and mmWave System for Reliable 200G Wireless Transmission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 24, pp. 1333-1336, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3213985.
Y. Zhao, Q. Wang, J. Fu, Q. Zhang, H. Feng and Q. Wu, "New Synthesis Method for Broadband Multilayer Absorber Using Multi-Objective Genetic Algorithm," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 23, pp. 1265-1268, 1 Dec.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3211001.
2022年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：多芯光纖串擾、太赫茲通信、光學成像、模式控制、自由空間光通信、寬帶多層吸收等；筆者將逐一評析。
1、多芯光纖串擾
蘇州大學的Lin Sun等研究人員設計了一種采用正交濾波技術來抑制多芯光纖（MCF）中芯間串擾（IC-XT）影響的方案，如圖1所示。由于正交濾波器可以通過脈沖整形來縮減信號的頻譜，因此適合于含帶寬受限光電器件的MCF系統(tǒng)以期獲得更高的頻譜效率。該方案在沒有實施多信道數(shù)字信號處理（DSP）的情況下抑制了弱耦合多芯光纖（WC-MCF）傳輸時的IC-XT影響，簡化了信號收發(fā)端配置[1]。通過基于耦合的非線性薛定諤方程構建具體的傳輸模型，研究人員模擬了100 km MCF中d600 Gbps 64QAM信號的傳輸過程；結果表明：使用正交匹配濾波器將IC-XT抑制在-10 dB時能實現(xiàn)6 dB的Q因子改善。該方案的設計為今后消除多芯光纖芯間串擾影響提供了借鑒參考。
2、太赫茲通信
復旦大學的Bowen Zhu等研究人員設計光子輔助太赫茲無線通信信號恢復的新型MIMO線性和Volterra非線性均衡器（MIMOL-VNLE），如圖2所示。研究結果表明，該均衡器支持同時補償線性損傷、非線性損傷和I/Q混合負面效應；實驗證明了在1米無線距離上440 GHz的20Gbaud 16QAM太赫茲信號在單信道傳輸后，可實現(xiàn)軟判決糾錯編解碼（SD-FEC）開銷25%時的誤碼率為4x10-2，與MIMO線性均衡器（MIMO-LE）和Volterra非線性均衡器（VNLE）相比，MIMOL-VNLE可以提升0.3 dB和0.5 dB的靈敏度 [2]。綜上所述，在未來光子輔助太赫茲無線通信系統(tǒng)的應用中，線性均衡器和非線性均衡器的有效結合是提高高速信號收發(fā)及傳輸?shù)挠行Х桨浮?br>
3、光學成像
英國肯特大學的Alejandro Martínez Jiménez等研究人員設計了用于高速成像并采用了新型掃描方式的掃頻源光學相干層析成像（SS-OCT）設備，如圖3所示；其中，光源是支持超連續(xù)介質源和能生成泵浦飛秒脈沖的可調諧激光器，并使用了一段時延光纖。該設備還配置了KTa1−xNbx O3（KTN）晶體以支持100 kHz驅動的超高速橫向掃描儀[3]工作。研究結果表明，該裝置支持提供重復頻率為40 MHz掃描和400Hz的3D-OCT體積采集速率，因其上述優(yōu)越性能在生物醫(yī)學和工業(yè)應用方面有較好的推廣價值。
4、模式控制
中國科學院大學的Jian Fan等研究人員設計了一種由弧形諧振腔、法布里-珀羅腔和側壁鋸齒微結構形成的非穩(wěn)腔工作模式，實現(xiàn)了980nm波長大功率廣域半導體激光器的模式選擇，如圖4所示。對稱紡錘形（3S）結構增大了低階模和高階模間的損耗，有利于抑制生成高階模式激光[4]。研究表明，由于橫向高階模式數(shù)量的減少，3S激光器的橫向遠場發(fā)散度和橫向光束質量分別提升了28%和15%，近場光斑高階模式數(shù)量同時減少。研究人員還指明：上述裝置還能進一步優(yōu)化鋸齒形結構和弧形結構參數(shù)，以改善光電流-電壓（LIV）特性，從而獲得更好的測量性能；上述結構不會增加額外成本，而且在未來激光器應用市場中上極具吸引力。
5、自由空間光通信
葡萄牙阿威羅大學電信研究所的B. T. Brandão等研究人員設計了支持自適應個人通信系統(tǒng)（PCS）調制和跨域熵加載的混合自由空間光通信-毫米波（FSO-mm Wave）傳輸系統(tǒng)，如圖5所示。研究人員采用上述系統(tǒng)穩(wěn)定傳輸了高速信號，并動態(tài)平衡了FSO和mm Wave傳輸鏈路間的比特率，以提升通信可靠性。研究人員成功實現(xiàn)了200Gbps速率信號的傳輸；其中毫米波鏈路對湍流引起的FSO鏈路傳輸速率降低提供了30Gbps的有效補償，從而有效弱化了FSO鏈路中0.9 dB的信噪比變化，與僅通過FSO鏈路傳輸相比，經過40次離線測量迭代驗證其累積容量增益超過150Gbps[5]。上述實驗結果展示了在采用先進調制技術時如何將傳統(tǒng)毫米波收發(fā)與無線光傳輸技術實現(xiàn)共生融合，以提高其在輕度湍流存在的實際信道中的應用可靠性。
6、寬帶多層吸收
哈爾濱工業(yè)大學的Yulin Zhao等研究人員提出了一種采用多目標遺傳算法（MOGA）的寬帶多層吸收體綜合方法，并利用上述方法設計了寬頻帶、廣角度的吸收器，如圖6所示。他們利用有效介質理論將非均勻介質等效為均勻介質，從而計算多層非均勻介質吸收器的吸收帶寬，并引入MOGA對其中幾何參數(shù)進行了優(yōu)化。研究結果表明，與現(xiàn)有的雙層周期階梯和金字塔吸收兩種設計方案相比，采用上述方案設計形成的結構總厚度減小了10.8 %和9.1 %[6]。此外，采用該方案設計的寬帶廣角吸收器，其吸收帶寬達到90 %（覆蓋2~18 GHz），總厚度僅為0.133波長。因此，上述方案在有效設計適用于電磁兼容性和隱身技術的寬帶多層吸收體領域具有潛在的應用價值。
參考文獻
Sun L, Liu G N, Cai Y, et al. Mitigating the inter-core crosstalk of multicore fiber transmission by orthogonal filtering[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(24): 1373-1376.
Zhu B, Wang Y, Kong M, et al. Photonics-Aided Terahertz-Wave Wireless Communication Employing Advanced Post-Equalizer[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(23): 1269-1272.
A. Martínez Jiménez, S. Grelet, V. Tsatourian, P. B. Montague, A. Bradu and A. Podoleanu,"400 Hz Volume Rate Swept-Source Optical Coherence Tomography at 1060 nm Using a KTN Deflector," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 23, pp. 1277-1280, 1 Dec.1, 2022, doi:10.1109/LPT.2022.3212015.
J. Fan et al., "A Composite Cavity for Mode Control in Broad-Area Diode Laser," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 24, pp. 1353-1356, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3215634.
B. T. Brandão, M. A. Fernandes, P. A. Loureiro, F. P. Guiomar and P. P. Monteiro, "Cooperative FSO and mmWave System for Reliable 200G Wireless Transmission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 24, pp. 1333-1336, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3213985.
Y. Zhao, Q. Wang, J. Fu, Q. Zhang, H. Feng and Q. Wu, "New Synthesis Method for Broadband Multilayer Absorber Using Multi-Objective Genetic Algorithm," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 23, pp. 1265-1268, 1 Dec.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3211001.
