2025年8月JLT光通信論文評(píng)析
發(fā)布時(shí)間：2025-09-30 14:00:42 熱度：448
9/30/2025，光纖在線訊，光纖在線特編輯：邵宇豐，王安蓉，張顏鷺，張旭，許占奪，向泓勁，匡富豪，賈嵐斯，隆茜，蘭佳，陳國(guó)干，崔夢(mèng)琦，卓智敏，閔哲浩。
2025年8月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光傳感器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器、水下光通信、高維光分析儀、微環(huán)諧振器、自由空間光通信等，筆者將逐一評(píng)析。
1、光傳感器
加拿大麥克馬斯特大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系的Liu Junzhi等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用單光子雪崩二極管（SPAD）的新型光學(xué)傳感器，并將其應(yīng)用在光無線通信（OWC）通信系統(tǒng)的接收機(jī)中，如圖1所示[1]。為減少符號(hào)間干擾（ISI）的負(fù)面影響，研究人員集成了時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)（CD）和時(shí)間門控（TG）兩類時(shí)序控制模式，搭建了開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制的OWC測(cè)試平臺(tái)以評(píng)估收發(fā)功率、誤碼率（BER），并與仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。研究結(jié)果表明：4×4 SPAD接收器表現(xiàn)出高靈敏度特性，例如在接收功率為-71dBm和背景光功率為-84dBm的條件下可實(shí)現(xiàn)3.8×10?3的低誤碼率。綜上所述：該方案克服了傳統(tǒng)SPAD接收器在低接收功率下受ISI影響信號(hào)收發(fā)的問題，可為OWC系統(tǒng)設(shè)計(jì)高靈敏信號(hào)接收方案提供參考。
2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器
瑞典皇家理工學(xué)院的Li Dan等研究人員面向強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)（IM/DD）系統(tǒng)，應(yīng)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-門控循環(huán)單元（CNN-GRU）和雙向長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（BiL STM）兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器在一定程度上克服了使用環(huán)形諧振器調(diào)制器（RRM）帶來的信號(hào)非線性損傷，如圖2所示[2]。研究人員采用42 GHz帶寬的RRM（驅(qū)動(dòng)電壓為2.7Vpp）實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡過程。研究結(jié)表明：該方案實(shí)現(xiàn)了最高達(dá)256GBaud符號(hào)速率開關(guān)鍵控調(diào)制；當(dāng)測(cè)試信號(hào)經(jīng)由100米單模光纖傳輸后，其比特誤碼率可實(shí)現(xiàn)低于7%開銷的硬判前向糾錯(cuò)閾值。綜上所述，該類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器的應(yīng)用可為高符號(hào)IM/DD系統(tǒng)有效收發(fā)及傳輸信號(hào)提供有力支持。
3、水下光通信
復(fù)旦大學(xué)的Zhilan Lu等研究人員針對(duì)水下可見光通信（UVLC）面臨的湍流吸收、色散和衰減導(dǎo)致激光光場(chǎng)失真從而降低信號(hào)傳輸性能問題，設(shè)計(jì)了新型水下可見光通信（UVLC）系統(tǒng)，如圖3所示[3]。系統(tǒng)中的光信號(hào)采用圓偏振光發(fā)射，并應(yīng)用含稀疏雙偏振三支路網(wǎng)絡(luò)（S-DPTBN）的雙孔徑接收器接收，可分別探測(cè)水平和垂直偏振分量以及兩者加權(quán)和，提升了系統(tǒng)應(yīng)用的魯棒性。研究人員還設(shè)計(jì)了8波長(zhǎng)激光發(fā)射模塊，通過波分復(fù)用（WDM）提升傳輸容量。研究結(jié)果表明：在無湍流、中等湍流和強(qiáng)湍流的情況下，應(yīng)用該方案可實(shí)現(xiàn)144.90Gbps、143.50Gbps和140.70Gbps傳輸速率的信號(hào)收發(fā)，相比傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器的方案，傳輸速率分別提升14.00Gbps、14.00Gbps和13.30Gbps。綜上所述，該方案驗(yàn)證了雙孔徑接收信號(hào)和S-DPTBN算法在復(fù)雜水下環(huán)境中應(yīng)用的有效性，可為未來高速水下光通信系統(tǒng)的構(gòu)建提供參考技術(shù)路徑。
4、高維光分析儀
華中科技大學(xué)的Yuxuan Xiong等研究人員針對(duì)傳統(tǒng)光譜儀和旋光儀同時(shí)測(cè)量波長(zhǎng)和偏振態(tài)將導(dǎo)致空間、時(shí)間效率降低的問題設(shè)計(jì)了基于多模光纖（MMF）的高維光分析儀，如圖4所示[4]。該裝置能同時(shí)高精度測(cè)量波長(zhǎng)和偏振態(tài)（SOP），解決了傳統(tǒng)光譜儀和偏振儀無法同步測(cè)量多參數(shù)的問題。研究人員利用MMF對(duì)輸入光的敏感性，通過光纖輸出端的散斑圖案變化反演波長(zhǎng)和SOP信息；并引入了纖芯偏移拼接技術(shù)以增強(qiáng)模式耦合和靈敏度；且設(shè)計(jì)了名為WP-Net的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)和SOP的同步測(cè)量；還通過將光學(xué)先驗(yàn)知識(shí)融入損失函數(shù)優(yōu)化了系統(tǒng)接收信號(hào)的靈敏度和預(yù)測(cè)精度。研究結(jié)果表明：應(yīng)用該方案可實(shí)現(xiàn)0.045pm波長(zhǎng)精度和 0.0088 SOP精度的測(cè)量，相比傳統(tǒng)方案分別提升47.06%的波長(zhǎng)精度和36.23%的SOP精度。因?yàn)闃?gòu)建的該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉且具備高時(shí)空效率，未來有望應(yīng)用于光通信、光學(xué)成像和光電傳感等多領(lǐng)域。
5、微環(huán)諧振器
英國(guó)基爾大學(xué)的Sebastian Kühl等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用于級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振器的光學(xué)儲(chǔ)備計(jì)算結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)短距離收發(fā)PAM-4信號(hào)的光學(xué)均衡過程，如圖5所示[5]。他們?cè)诠杌庾蛹呻娐分幸肓藘蓚€(gè)級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振器，并對(duì)112GBd符號(hào)速率下O波段波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真研究。在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員進(jìn)行了基于耦合模理論的非線性建模與參數(shù)優(yōu)化，比較了該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)前向均衡（FFE）DSP在相同計(jì)算復(fù)雜度下的性能。研究結(jié)果表明：應(yīng)用該方案能使接收信號(hào)的誤碼率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，可明顯提高信號(hào)的色散容限和傳輸距離，同時(shí)對(duì)接收光功率和制造偏差具有高魯棒性。綜上所述，應(yīng)用該裝置在降低功耗和計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)可在短距離高速光傳輸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高效信號(hào)均衡過程，展示了其在未來光互連領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。
6、自由空間光通信
深圳大學(xué)的Ming Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了結(jié)合模態(tài)解復(fù)用與相干光束合成的新型自由空間光通信系統(tǒng)，用于在大氣湍流環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的衛(wèi)星到地面（及近地）通信過程，如圖6所示[6]。他們采用少模光纖將經(jīng)大氣湍流影響后的自由空間光信號(hào)輸入，通過模態(tài)解復(fù)用器將LP01、LP11、LP21和LP02模式分別轉(zhuǎn)換為單模，且利用含壓電陶瓷控制的光纖型相干合成系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的相干疊加。研究人員構(gòu)建1km城市通信鏈路，并在發(fā)射端輸出功率25dBm的光信號(hào)，在接收端實(shí)現(xiàn)了20Gbps QPSK傳輸信號(hào)的有效接收（誤碼率低于10??），且長(zhǎng)期運(yùn)行中無明顯信號(hào)衰落或功率波動(dòng)。研究結(jié)果表明：該方案兼具少模光纖高耦合效率與單模光纖高速傳輸優(yōu)勢(shì)，相較于自適應(yīng)光學(xué)等抵抗大氣湍流影響具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高和易于建設(shè)等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。綜上所述，該方案為復(fù)雜大氣環(huán)境下的自由空間光信號(hào)高速穩(wěn)定傳輸提供了參考借鑒。
參考文獻(xiàn)：
[1] LIU J, JIANG W, NASROLLAHZADEH Y, et al. A Novel CMOS SPAD Receiver for Optical Wireless Communication[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(19): 9024-9030. DOI:10.1109/JLT.2025.3596057.
[2] LI D, OSADCHUK Y, OSTROVSKIS A, et al. 256 GBaud RRM-Based OOK Link in C-Band Enabled by Neural Network Equalization[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(19): 9148-9156. DOI:10.1109/JLT.2025.3599665.
[3] LU Z, LI F, CAI J, et al. Turbulence Resistant Dual-Aperture Receiver With a Sparse Dual-Polarization Triple-Branch Network in Underwater Visible Light Communication[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(16): 7663-7675. DOI:10.1109/JLT.2025.3576713.
[4] XIONG Y, WU H, ZHANG M, et al. Multimode Fiber Based High-Dimensional Light Analyzer[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(16): 7840-7846. DOI:10.1109/JLT.2025.3580158.
[5] KüHL S, LALEH M S, MATAJI-KOJOURI A, et al. Cascaded Micro-Ring Resonator Based Reservoir Computing for Optical Equalization of PAM-4 Short Reach Signals[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(15): 7285-7292. DOI:10.1109/JLT.2025.3572354.
[6] ZHANG M, WEI Z, LEI T, et al. High-Speed Free-Space Optical Communication Using Mode Demultiplexers and Coherent Beam Combining[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(16): 7590-7596. DOI:10.1109/JLT.2025.3577382.
2025年8月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光傳感器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器、水下光通信、高維光分析儀、微環(huán)諧振器、自由空間光通信等，筆者將逐一評(píng)析。
1、光傳感器
加拿大麥克馬斯特大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系的Liu Junzhi等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用單光子雪崩二極管（SPAD）的新型光學(xué)傳感器，并將其應(yīng)用在光無線通信（OWC）通信系統(tǒng)的接收機(jī)中，如圖1所示[1]。為減少符號(hào)間干擾（ISI）的負(fù)面影響，研究人員集成了時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)（CD）和時(shí)間門控（TG）兩類時(shí)序控制模式，搭建了開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制的OWC測(cè)試平臺(tái)以評(píng)估收發(fā)功率、誤碼率（BER），并與仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。研究結(jié)果表明：4×4 SPAD接收器表現(xiàn)出高靈敏度特性，例如在接收功率為-71dBm和背景光功率為-84dBm的條件下可實(shí)現(xiàn)3.8×10?3的低誤碼率。綜上所述：該方案克服了傳統(tǒng)SPAD接收器在低接收功率下受ISI影響信號(hào)收發(fā)的問題，可為OWC系統(tǒng)設(shè)計(jì)高靈敏信號(hào)接收方案提供參考。
2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器
瑞典皇家理工學(xué)院的Li Dan等研究人員面向強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)（IM/DD）系統(tǒng)，應(yīng)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-門控循環(huán)單元（CNN-GRU）和雙向長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（BiL STM）兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器在一定程度上克服了使用環(huán)形諧振器調(diào)制器（RRM）帶來的信號(hào)非線性損傷，如圖2所示[2]。研究人員采用42 GHz帶寬的RRM（驅(qū)動(dòng)電壓為2.7Vpp）實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡過程。研究結(jié)表明：該方案實(shí)現(xiàn)了最高達(dá)256GBaud符號(hào)速率開關(guān)鍵控調(diào)制；當(dāng)測(cè)試信號(hào)經(jīng)由100米單模光纖傳輸后，其比特誤碼率可實(shí)現(xiàn)低于7%開銷的硬判前向糾錯(cuò)閾值。綜上所述，該類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器的應(yīng)用可為高符號(hào)IM/DD系統(tǒng)有效收發(fā)及傳輸信號(hào)提供有力支持。
3、水下光通信
復(fù)旦大學(xué)的Zhilan Lu等研究人員針對(duì)水下可見光通信（UVLC）面臨的湍流吸收、色散和衰減導(dǎo)致激光光場(chǎng)失真從而降低信號(hào)傳輸性能問題，設(shè)計(jì)了新型水下可見光通信（UVLC）系統(tǒng)，如圖3所示[3]。系統(tǒng)中的光信號(hào)采用圓偏振光發(fā)射，并應(yīng)用含稀疏雙偏振三支路網(wǎng)絡(luò)（S-DPTBN）的雙孔徑接收器接收，可分別探測(cè)水平和垂直偏振分量以及兩者加權(quán)和，提升了系統(tǒng)應(yīng)用的魯棒性。研究人員還設(shè)計(jì)了8波長(zhǎng)激光發(fā)射模塊，通過波分復(fù)用（WDM）提升傳輸容量。研究結(jié)果表明：在無湍流、中等湍流和強(qiáng)湍流的情況下，應(yīng)用該方案可實(shí)現(xiàn)144.90Gbps、143.50Gbps和140.70Gbps傳輸速率的信號(hào)收發(fā)，相比傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均衡器的方案，傳輸速率分別提升14.00Gbps、14.00Gbps和13.30Gbps。綜上所述，該方案驗(yàn)證了雙孔徑接收信號(hào)和S-DPTBN算法在復(fù)雜水下環(huán)境中應(yīng)用的有效性，可為未來高速水下光通信系統(tǒng)的構(gòu)建提供參考技術(shù)路徑。
4、高維光分析儀
華中科技大學(xué)的Yuxuan Xiong等研究人員針對(duì)傳統(tǒng)光譜儀和旋光儀同時(shí)測(cè)量波長(zhǎng)和偏振態(tài)將導(dǎo)致空間、時(shí)間效率降低的問題設(shè)計(jì)了基于多模光纖（MMF）的高維光分析儀，如圖4所示[4]。該裝置能同時(shí)高精度測(cè)量波長(zhǎng)和偏振態(tài)（SOP），解決了傳統(tǒng)光譜儀和偏振儀無法同步測(cè)量多參數(shù)的問題。研究人員利用MMF對(duì)輸入光的敏感性，通過光纖輸出端的散斑圖案變化反演波長(zhǎng)和SOP信息；并引入了纖芯偏移拼接技術(shù)以增強(qiáng)模式耦合和靈敏度；且設(shè)計(jì)了名為WP-Net的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)和SOP的同步測(cè)量；還通過將光學(xué)先驗(yàn)知識(shí)融入損失函數(shù)優(yōu)化了系統(tǒng)接收信號(hào)的靈敏度和預(yù)測(cè)精度。研究結(jié)果表明：應(yīng)用該方案可實(shí)現(xiàn)0.045pm波長(zhǎng)精度和 0.0088 SOP精度的測(cè)量，相比傳統(tǒng)方案分別提升47.06%的波長(zhǎng)精度和36.23%的SOP精度。因?yàn)闃?gòu)建的該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉且具備高時(shí)空效率，未來有望應(yīng)用于光通信、光學(xué)成像和光電傳感等多領(lǐng)域。
5、微環(huán)諧振器
英國(guó)基爾大學(xué)的Sebastian Kühl等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用于級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振器的光學(xué)儲(chǔ)備計(jì)算結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)短距離收發(fā)PAM-4信號(hào)的光學(xué)均衡過程，如圖5所示[5]。他們?cè)诠杌庾蛹呻娐分幸肓藘蓚€(gè)級(jí)聯(lián)微環(huán)諧振器，并對(duì)112GBd符號(hào)速率下O波段波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真研究。在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員進(jìn)行了基于耦合模理論的非線性建模與參數(shù)優(yōu)化，比較了該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)前向均衡（FFE）DSP在相同計(jì)算復(fù)雜度下的性能。研究結(jié)果表明：應(yīng)用該方案能使接收信號(hào)的誤碼率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，可明顯提高信號(hào)的色散容限和傳輸距離，同時(shí)對(duì)接收光功率和制造偏差具有高魯棒性。綜上所述，應(yīng)用該裝置在降低功耗和計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)可在短距離高速光傳輸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高效信號(hào)均衡過程，展示了其在未來光互連領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。
6、自由空間光通信
深圳大學(xué)的Ming Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了結(jié)合模態(tài)解復(fù)用與相干光束合成的新型自由空間光通信系統(tǒng)，用于在大氣湍流環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的衛(wèi)星到地面（及近地）通信過程，如圖6所示[6]。他們采用少模光纖將經(jīng)大氣湍流影響后的自由空間光信號(hào)輸入，通過模態(tài)解復(fù)用器將LP01、LP11、LP21和LP02模式分別轉(zhuǎn)換為單模，且利用含壓電陶瓷控制的光纖型相干合成系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的相干疊加。研究人員構(gòu)建1km城市通信鏈路，并在發(fā)射端輸出功率25dBm的光信號(hào)，在接收端實(shí)現(xiàn)了20Gbps QPSK傳輸信號(hào)的有效接收（誤碼率低于10??），且長(zhǎng)期運(yùn)行中無明顯信號(hào)衰落或功率波動(dòng)。研究結(jié)果表明：該方案兼具少模光纖高耦合效率與單模光纖高速傳輸優(yōu)勢(shì)，相較于自適應(yīng)光學(xué)等抵抗大氣湍流影響具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高和易于建設(shè)等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。綜上所述，該方案為復(fù)雜大氣環(huán)境下的自由空間光信號(hào)高速穩(wěn)定傳輸提供了參考借鑒。
參考文獻(xiàn)：
[1] LIU J, JIANG W, NASROLLAHZADEH Y, et al. A Novel CMOS SPAD Receiver for Optical Wireless Communication[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(19): 9024-9030. DOI:10.1109/JLT.2025.3596057.
[2] LI D, OSADCHUK Y, OSTROVSKIS A, et al. 256 GBaud RRM-Based OOK Link in C-Band Enabled by Neural Network Equalization[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(19): 9148-9156. DOI:10.1109/JLT.2025.3599665.
[3] LU Z, LI F, CAI J, et al. Turbulence Resistant Dual-Aperture Receiver With a Sparse Dual-Polarization Triple-Branch Network in Underwater Visible Light Communication[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(16): 7663-7675. DOI:10.1109/JLT.2025.3576713.
[4] XIONG Y, WU H, ZHANG M, et al. Multimode Fiber Based High-Dimensional Light Analyzer[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(16): 7840-7846. DOI:10.1109/JLT.2025.3580158.
[5] KüHL S, LALEH M S, MATAJI-KOJOURI A, et al. Cascaded Micro-Ring Resonator Based Reservoir Computing for Optical Equalization of PAM-4 Short Reach Signals[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(15): 7285-7292. DOI:10.1109/JLT.2025.3572354.
[6] ZHANG M, WEI Z, LEI T, et al. High-Speed Free-Space Optical Communication Using Mode Demultiplexers and Coherent Beam Combining[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(16): 7590-7596. DOI:10.1109/JLT.2025.3577382.
