5/14/2025，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，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，閩哲浩，崔夢(mèng)琦，蘭佳，陳國干，卓智敏。

        2025年3月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光子信號(hào)處理、路由器、自由空間光通信、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、超聲成像系統(tǒng)、模式擾頻器等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光子信號(hào)處理
        奧地利理工學(xué)院的Bernhard Schrenk設(shè)計(jì)了用于信號(hào)恢復(fù)的光子信號(hào)處理（ΦSP）方案，并在應(yīng)用90°和120°混頻器的兩種相位不敏感相干接收機(jī)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)估，如圖1所示[1]。研究員將電信號(hào)經(jīng)分布式布拉格反射（DBR）激光器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并利用延遲干涉儀（DI）和微環(huán)諧振器（MRR）在光域完成了平方與求和，以替代傳統(tǒng)射頻處理過程。研究結(jié)果表明：應(yīng)用90°混合器的ΦSP接收靈敏度可達(dá)-30.1 dBm（BER=10??），MRR優(yōu)化后可提升至-32.2 dBm，且經(jīng)14.3 km光纖傳輸無損耗；ΦSP的總功耗435 mW、面積5.36 mm?，顯著優(yōu)于射頻方案（940 mW/940 mm?）；120°混合器靈敏度降為-25.7 dBm，仍優(yōu)于射頻方案。因此通過光域處理簡(jiǎn)化配置，具有高靈敏度、低功耗及小尺寸的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。



2、路由器
        比利時(shí)根特大學(xué)的Wang Xiaoke等研究人員設(shè)計(jì)了面向可編程光子集成電路的六邊形網(wǎng)格型連接式多播路由器，旨在解決路由資源利用率與效率問題，如圖2所示[2]。他們通過改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）的路由算法（如PathFinder），引入了共享因子（降低路徑重復(fù)成本）和定向搜索算法（結(jié)合A*與廣度優(yōu)先搜索），并針對(duì)光路的物理限制（如無環(huán)路、波導(dǎo)方向性）設(shè)計(jì)了路由規(guī)則。研究結(jié)果表明：在六邊形網(wǎng)格中半徑r=8時(shí)，該路由器的運(yùn)行時(shí)間僅為2.962秒，總導(dǎo)線長度（TWL）為506.4，顯著優(yōu)于PathFinder（81.352秒/458.8 TWL）和多變的地點(diǎn)和路線（VPR）路由器（8.203秒/542.2 TWL），運(yùn)行效率提升至50%以上，且TWL比VPR降低了5%。因此，該方案在保證低資源占用的同時(shí)，大幅提升了大規(guī)模路由速度，為可編程光子集成電路的高效多播路由的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了可行解決方案。



3、自由空間光通信
        暨南大學(xué)光子技術(shù)研究所的Haikun Huang等研究人員設(shè)計(jì)了一種支持d多用戶接入的自由空間光（RoFSO）通信系統(tǒng)[3]，并通過引入微波光子信道聚合器（MPCA）顯著提升了光譜效率，如圖3所示。他們通過電光調(diào)制和偏振組合控制多個(gè)微波信號(hào)的相對(duì)相位和幅度，將低階調(diào)制格式的微波信號(hào)聚合為高階調(diào)制格式的光信號(hào)。研究結(jié)果證明：聚合后的光信號(hào)在經(jīng)過1米自由空間鏈路和5公里光纖鏈路傳輸后，能被有效恢復(fù)；QPSK、4APSK和8QAM光信號(hào)的誤差矢量幅度（EVM）分別為6.11%、6.15%和6.40%；當(dāng)八個(gè)BPSK微波信號(hào)被聚合到兩個(gè)正交偏振的16QAM光信號(hào)中時(shí)，x和y偏振分量的EVM分別為6.59%和6.79%。研究結(jié)果表明：在等效1502米自由空間鏈路和5公里光纖鏈路中，偏振分復(fù)用單邊帶（PDM-SSB） 型16QAM光信號(hào)的接收誤碼率（BER）大約為1.26×10-8，驗(yàn)證了其在長距離傳輸中的有效性。綜上所述，該方案為未來高速、大容量的RoFSO通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了一定的技術(shù)參考。



4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
        西安電子科技大學(xué)的Yahui Zhang等研究人員提出了用于自動(dòng)調(diào)制識(shí)別（AMR）的混合深度光子脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（HDPSNN），如圖4所示[4]。他們利用傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行特征提取，并采用脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN）加速識(shí)別過程。研究人員通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于商用垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）的兩層光子SNN，并自制了法布里-珀羅可飽和吸收器（FP-SA）神經(jīng)元。研究結(jié)果表明：當(dāng)信噪比（SNR）為+18dB時(shí)，HDSNN的最大準(zhǔn)確率達(dá)到89.59%；當(dāng)SNR為0dB時(shí)，對(duì)100個(gè)隨機(jī)測(cè)試樣本的預(yù)測(cè)精度達(dá)到了80%。研究人員構(gòu)建了由垂直腔面發(fā)射激光器神經(jīng)元和嵌入可飽和吸收體法布里-珀羅激光器神經(jīng)元組成的雙層光子SNN，仿真研究結(jié)果表明：在+18 dB信噪比（SNR）時(shí)，最高識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)89.59%；在0 dB SNR下對(duì)100個(gè)隨機(jī)樣本的推理準(zhǔn)確率可達(dá)80%； HDSNN對(duì)100個(gè)隨機(jī)樣本的AMR識(shí)別準(zhǔn)確率為70%，精度損失較小。綜上所述，該方案為深度光子脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)調(diào)制識(shí)別過程提供了新的參考借鑒。



5、超聲成像系統(tǒng)
        華中科技大學(xué)的Anqi Wang等研究人員設(shè)計(jì)了基于光纖超聲探測(cè)器陣列的快速穩(wěn)定光聲成像系統(tǒng)，如圖5所示[5]。他們采用了64通道光纖超聲探測(cè)器陣列和高速光學(xué)開關(guān)（OSW），并結(jié)合優(yōu)化的法布里-珀羅（FP）傳感器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了噪聲等效壓力為0.61 kPa和38 MHz的寬測(cè)量帶寬，從而能夠獲取高分辨率圖像。研究人員借助高速OSW將陣列元素進(jìn)行逐點(diǎn)讀出，相比傳統(tǒng)型振鏡掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)穩(wěn)定性提升了10倍。研究結(jié)果表明：應(yīng)用該方案在10毫米深度處的垂直分辨率和水平分辨率分別為47微米和146微米，并在36毫米深度處保持了49微米的垂直分辨率和298微米的水平分辨率；同時(shí)系統(tǒng)反射率變異系數(shù)僅為0.4%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)振鏡系統(tǒng)的10%。綜上所述，該方案憑借其良好的穩(wěn)定性和成像能力，可為心血管和腦功能成像的提供有力支撐，未來有望成為光聲成像領(lǐng)域中一種快速、高分辨率且穩(wěn)定可靠的成像解決方案。



6、模式擾頻器
        美國斯坦福大學(xué)的Oleksiy Krutko等研究人員設(shè)計(jì)了基于長周期光纖布拉格光柵（LPFG）的超低損耗模式擾頻器[6]，用于支持漸變指數(shù)型光纖模式復(fù)用鏈路應(yīng)用。他們通過優(yōu)化光柵的橫向折射率分布和縱向光柵參數(shù)，在C波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了模式平均損耗和模式依賴損耗的標(biāo)準(zhǔn)差分別低于0.027 dB和0.011 dB。研究結(jié)果表明：在100跨段傳輸鏈路中，該模式擾頻器成功使鏈路模式依賴損耗（MDL STD）和群時(shí)延擴(kuò)展（GD STD）的標(biāo)準(zhǔn)差隨跨段數(shù)量的平方根增長，如圖6所示。仿真研究證明：橫向折射率分布的隨機(jī)誤差對(duì)模式擾頻器的損耗影響較小，但同時(shí)兼顧橫向折射率分布和光柵周期的系統(tǒng)誤差影響時(shí)，鏈路群時(shí)延擴(kuò)展會(huì)顯著增加。綜上所述，該方案驗(yàn)證了超低損耗模式擾頻器在長距離模式復(fù)用光通信系統(tǒng)中的有效性和魯棒性，為未來大容量的模式復(fù)用光通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了參考借鑒。



參考文獻(xiàn)：
[1] SCHRENK B. Photonic Signal Processing for Phase-Agnostic Coherent Optical Reception[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(6): 2510-2517. DOI:10.1109/JLT.2024.3511939.
[2] WANG X, KERCHOVE F V, RAIKAR R, et al. A Novel Connection-Based Multicasting Router for Programmable Photonic Circuits[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(6): 2518-2527. DOI:10.1109/JLT.2024.3504279.
[3] HUANG H, ZENG S, LI L, et al. A Multi-Access RoFSO Communication System Incorporating a Microwave Photonic Channel Aggregator[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(5): 2184-2191. DOI:10.1109/JLT.2024.3490673.
[4] ZHANG Y, HUANG Z, XIANG S, et al. Hybrid Deep Photonic Spiking Neural Network for Automatic Modulation Recognition[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(6): 2672-2680. DOI:10.1109/JLT.2024.3510373.
[5] WANG A, YANG L, XU D, et al. Rapid and Stable Photoacoustic Imaging System Based on Fiber Ultrasound Detector Array[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(5): 2340-2348. DOI:10.1109/JLT.2024.3486461.
[6] KRUTKO O, REFAEE R, VIJAY A, et al. Ultra-Low-Loss Fiber Bragg Grating Mode Scrambler Design Exploiting Propagation Constant Engineering[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(6): 2883-2896. DOI:10.1109/JLT.2024.3510274.