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JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖無線通信系統(tǒng)，光纖鏈路，光接收機，光纖傳感技術以及光纖陀螺儀等，筆者將逐一評析。
1. 光纖無線通信系統(tǒng)
南京航空航天大學Xin Jiang等科研人員設計了一種新型多天線全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS），可利用光纖將信號從多個遠程天線傳輸?shù)奖镜卣�。GNSS還具有實時光纖長度監(jiān)控功能，可用于高精度三維（3D）基線測量。其原理是：利用實時光纖長度監(jiān)測獲取不同GNSS信號之間的延時差，然后使用載波相位單差（SD）算法來計算3D基線。與載波相位雙差（DD）算法相比，使用該算法可以提高3D基線測量的垂直精度。實驗結果表明，相比于DD算法，使用SD算法的3D基線測量精度可至2 mm以內(nèi)，垂直定位精度可提高三倍以上[1]。

圖1 基于GNSS變形監(jiān)測系統(tǒng)的應用

2. 光纖鏈路
斯圖加特大學的Christian Röhrer等科研人員分析了光纖長度、纖芯直徑對發(fā)射光束質量的影響以及對一種多模階躍折射率光纖（數(shù)值孔徑為0.22）。研究結果表明，在100m多模光纖中，光束質量可幾乎保持在衍射極限（M2 ≈ 1.3）；而在纖芯直徑為60 μm、長度為380 m的光纖中也可以傳輸M2值為2.1的光束。為驗證該多模階躍折射率光纖的高功率適用性，科研人員在長度為100 m、纖芯直徑為6 μm 的光纖中傳輸功率為1 kw的光束。實驗結果表明，在該光纖中光束不會發(fā)生受激拉曼散射，且光束質量可保持在近衍射極限范圍內(nèi)[2]。

圖2 拉曼光纖激光器腔匹配方案的實驗配置

3. 光接收機
德國卡爾斯魯厄技術學院的Christoph Füllner等科研人員設計了一種低復雜度的Kramers-Kronig 接收機方案，并對該方案的性能和復雜度進行了研究。研究結果表明，使用較少的濾波器抽頭能實現(xiàn)極高精度相位恢復和復雜場的重建過程。此外，科研人員證明，該Kramers-Kronig接收機的性能很大程度取決于系統(tǒng)設計的細節(jié)。比如，不必要的寬帶濾波器會降低信號接收質量，因為額外的噪聲將可能破壞最小相位條件；而窄帶濾波器雖然會提高本地振蕩器激光器的工作穩(wěn)定性，但同時會降低接收機結構的靈活性�？蒲腥藛T采用Kramers-Kronig接收機對在經(jīng)300公里標準單模光纖傳輸后的16QAM號進行探測，實現(xiàn)了267 Gbit/s的凈數(shù)據(jù)傳輸速率[3]。

圖3 相關數(shù)字信號處理流程

4. 光纖傳感技術
上海交通大學Dian Chen等科研人員設計了一種基于時控數(shù)字光頻域反射儀的長距離、高靈敏度分布式聲傳感器（DAS）系統(tǒng)；該系統(tǒng)采用雙向分布式拉曼放大技術，可實現(xiàn)長距離測量。首先，將光脈沖輸入標準漢寧窗（理論峰值旁瓣比為46 dB），以抑制串擾；然后，采用相位解調方法抑制干擾衰落和極化衰落；最后，在光纖長度為108 km、空間分辨率為5 m的條件下，使用該系統(tǒng)在98 km處準確地定位了峰值-峰值振幅為14.7 nε的弱振動（信噪比值為30dB）。該系統(tǒng)在100公里級光纖上實現(xiàn)了220-ppε/√Hz的應變靈敏度，并支持在沒有諧波的情況下獲取振動波形[4]。

圖4 分布式聲傳感器（DAS）系統(tǒng)示意圖

5. 光纖陀螺儀
北京航天航空大學的Yuanhong Yang 等科研人員設計了一種由兩個寬帶源同時驅動的低噪聲閉環(huán)光纖陀螺儀（FOG），并對基于兩個工作波長集成超發(fā)光二極管（SLD）的組合式超寬帶光源（SBLS）的基本特性進行了研究�？蒲腥藛T分析了多功能集成電路（MIOC）在半波電壓下的色散特性，證明該類定制MIOC可以在較大的頻率范圍內(nèi)工作；另外，采用實心偏振光子晶體光纖線圈構建FOG也可以較好支持閉環(huán)工作過程。經(jīng)過對該FOG的偏置漂移和比例因子進行測試，得到的結果表明，：上述方案的性能優(yōu)于基于單SLD源FOG的方案 [5]。

圖5 SBLS示意圖

參考文獻： 
[1]. Xin Jiang, Xiangchuan Wang. “A Multi-Antenna GNSS-Over-Fiber System for High Accuracy 
Three-Dimensional Baseline Measurement”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 17, pp. 4201–4209, 
September 1, 2019.
[2]. Christian Röhrer, Christophe A. Codemard, “Preserving Nearly Diffraction-Limited Beam Quality Over 
Several Hundred Meters of Transmission Through Highly Multimode Fibers”[J], IEEE J. Lightw. Technol., 
vol. 37, no. 17, pp. 4260–4267, September 1, 2019.
[3]. Christoph Füllner, Md Mosaddek Hossain Adib, “Complexity Analysis of the Kramers–Kronig Receiver”
[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 17, pp. 4295–4307, September 1, 2019.
[4]. Dian Chen, Qingwen Liu, “108-km Distributed Acoustic Sensor With 220-pε/√Hz Strain Resolution 
and5-m Spatial Resolution”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 18, pp. 4462–4468, September 15, 2019.
[5]. Yuanhong Yang, Shuai Li, “Low-Noise Closed-Loop FOG Driven by Two Broadband Sources”[J], IEEE J.
 Lightw. Technol., vol. 37, no. 18, pp. 4555–4559, September 15, 2019.