光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊琪銘，于妮
1/27/2021，光纖在線訊，2020年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光學(xué)均衡、功率放大、偏置控制系統(tǒng)、光纖激光器和光分插復(fù)用器等，筆者將逐一評(píng)析。

1、  光學(xué)均衡

希臘雅典大學(xué)的Christos Kouloumentas等研究人員采用光子集成（PIC）技術(shù)設(shè)計(jì)了一種多速率多通道的光學(xué)均衡器（OE）；該光學(xué)均衡器采用具有可調(diào)微環(huán)諧振器（MRR），光耦合器（OC）和移相器（PS）的有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器架構(gòu)，將多符號(hào)速率操作技術(shù)與PIC技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了靈活選擇濾波器抽頭權(quán)重和有效時(shí)間延遲（TD）的過程。OE采用TriPleX技術(shù)構(gòu)建，共有17個(gè)可重配置元件，包括9個(gè)MRR，5個(gè)光耦合器和3個(gè)獨(dú)立移相器，裝配結(jié)構(gòu)如圖1所示。研究表明，該類OE的使用可降低帶寬受限信號(hào)的誤碼率，且支持MRR小型化應(yīng)用到更高符號(hào)率，傳輸4.67和5.84Gbaud的信號(hào)能獲得超過14dB的眼開度代價(jià)改善值[1]。


圖1 光學(xué)均衡器結(jié)構(gòu)

2、  功率放大

美國(guó)加州大學(xué)的Joshua Olson等研究人員設(shè)計(jì)了一種使用大模區(qū)高摻Er3 +磷酸鹽光纖的主振蕩功率放大器（MOPA）；該放大器使用任意波形發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電光調(diào)制器可生成重復(fù)頻率為5 kHz至20 kHz的納秒光脈沖，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。其中，使用的磷酸鹽光纖符合雙包層階躍折射率分布，包層芯比為2.17，模面積為2wt％，尤其是在保持有效泵浦吸收的過程中具備較大的模場(chǎng)面積。研究表明，該放大器在75厘米長(zhǎng)磷酸鹽增益光纖情況下，可獲得空間高斯3 mJ脈沖光束（持續(xù)時(shí)間為21.5 ns），在幾乎沒有額外頻譜擴(kuò)展時(shí)，最終獲得超過13 dB增益[2]。


圖2 MOPA的實(shí)驗(yàn)裝置

3、  偏置控制系統(tǒng)

天津大學(xué)的Yizhe Ji等研究人員設(shè)計(jì)了基于鎖相放大原理的可變步長(zhǎng)攝動(dòng)和觀測(cè)（P＆O）算法，該算法與PID控制算法不同，無需調(diào)整比例、積分和微分常數(shù)，無需掃描工作點(diǎn)即可找到特定電壓值，能自動(dòng)調(diào)整步長(zhǎng)；該算法通過降低參數(shù)調(diào)整難度簡(jiǎn)化了控制步驟，并提高了控制效率。研究人員在MATLAB中仿真比較了可變步長(zhǎng)P＆O算法與固定步長(zhǎng)算法，并基于STM32微控制單元(MCU)搭建了基于可變步長(zhǎng)P＆O算法的MZ調(diào)制器偏置控制系統(tǒng)，相關(guān)方案如圖3所示。研究表明，該系統(tǒng)無需初始偏置掃描即可自動(dòng)找到工作點(diǎn)，并有效穩(wěn)定偏置電壓，可以滿足需要將工作點(diǎn)設(shè)置為Quad的系統(tǒng)的應(yīng)用需求[3]。


圖3系統(tǒng)方案

4、  光纖激光器

南開大學(xué)的Mao Feng等研究人員設(shè)計(jì)了基于非線性偏振旋轉(zhuǎn)和級(jí)聯(lián)啁啾長(zhǎng)周期光纖光柵（LPFG）的被動(dòng)鎖模Tm3+摻雜光纖激光器；該激光器輸出的傳統(tǒng)孤子脈沖工作于1878.8nm，3dB帶寬值為3.94nm，脈沖持續(xù)時(shí)間為1.05ps，重復(fù)率為18.766MHz，如圖4所示。研究人員將LPFG用作寬帶橫模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了光纖激光器的超快速圓柱矢量(CV)模式輸出；研究表明，LPFG插入損耗小于0.1 dB，在1877 nm~1897 nm范圍內(nèi)具有10dB帶寬（相當(dāng)于90％的轉(zhuǎn)換效率）；通過調(diào)節(jié)偏振控制器，可獲得高純度徑向和方位極化模式（對(duì)于TE01和TM01模式，模式純度經(jīng)計(jì)算約為95.1％和94.9％[4] ）。


圖4 光纖激光器結(jié)構(gòu)及測(cè)試圖

5、  光分插復(fù)用器

蘭州大學(xué)的Yongheng Jiang等研究人員基于Benes網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了用于模式分割復(fù)用系統(tǒng)的靈活片上可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）； 該ROADM可以將所需模式信號(hào)從總線波導(dǎo)下載到任意引入端口，或通過添加任意端口將本地信號(hào)上傳到總線所需的模式通道波導(dǎo)中。研究人員采用微環(huán)諧振器（MRR）作為Benes網(wǎng)絡(luò)的基本交換單元，集成模式多路復(fù)用器（M-MUX）和模式解復(fù)用器（M-DEMUX）在多模式總線波導(dǎo)中輸入和輸出信號(hào)，如圖5所示。研究表明，ROADM能在本地和總線波導(dǎo)之間添加或刪除數(shù)據(jù)信息；在0.08 nm帶寬上，ROADM的額外損耗（EL）值小于10.7 dB，不同光通道上的串?dāng)_（CT）值低于13.7 dB[5]。


圖5 光分插復(fù)用器配置

參考文獻(xiàn)

[1] C. Kouloumentas et al., "Multi-Rate and Multi-Channel Optical Equalizer Based on Photonic Integration," in
 IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1465-1468, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3035506.

[2] J. Olson et al., "3 mJ All-Fiber MOPA With a Short-Length Highly Er3+-Doped Phosphate Fiber," in IEEE Photonics 
Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1481-1484, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3036060. 

[3] Y. Ji, B. Wu, Y. Hou and A. Ding, "A MZ Modulator Bias Control System Based on Variable Step P&O Algorithm,"
 in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1473-1476, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3036093.

[4] M. Feng et al., "Mode-Locked Tm3⁺-Doped Fiber Laser With CV Mode Output Using a Cascading Chirped LPFG," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 24, pp. 1523-1526, 15 Dec.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3038415.

[5] Y. Jiang et al., "A Flexible and Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer for Mode Division Multiplexing Systems,"
 in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 24, pp. 1515-1518, 15 Dec.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3033714.