10/20/2022，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，袁杰，左仁杰，劉栓凡，楊林婕，柳海楠，李文臣，陳超，胡文光。

2022年9月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：雪崩光電二極管、光子下變頻系統(tǒng)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)傳感器、光纖接入網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)系統(tǒng)等，筆者將逐一評(píng)析。

1、雪崩光電二極管
奧地利維也納理工大學(xué)的S.S.Kohneh Poushi等研究人員采用場(chǎng)線擁擠的概念設(shè)計(jì)了一種新型線性模式雪崩光電二極管（APD）；如圖1所示，器件中心設(shè)計(jì)了小型球形雪崩n阱/p外延層，其中使用體積較厚、電場(chǎng)較低的區(qū)域作為吸收區(qū)，可采用標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝制備。研究結(jié)果表明，該APD在5nW光功率下的最大響應(yīng)度為3.05×103A/W，在200nW光功率下使用675nm激光源時(shí)，最大帶寬為1.6GHz，響應(yīng)度為32 A/W[1]。因?yàn)樵撈骷�具有高雪崩增益、大帶寬和CMOS兼容性等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，有望未來在光通信系統(tǒng)、飛行時(shí)間傳感和生物醫(yī)學(xué)成像等多領(lǐng)域中應(yīng)用。



2、光子下變頻系統(tǒng)
日本東京國(guó)家信息與通信技術(shù)研究所的Pham Tien Dat等研究人員設(shè)計(jì)了一種使用寬帶相位調(diào)制器的光子下變頻系統(tǒng)，如圖2所示。他們基于光子上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了52 GHz的寬帶正交頻分復(fù)用（OFDM）信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，并將43 GHz的高階正交幅度調(diào)制QAM—OFDM信號(hào)下變頻到微波頻段，并對(duì)采用單波長(zhǎng)和雙波長(zhǎng)調(diào)制構(gòu)建的光子下變頻系統(tǒng)性能（轉(zhuǎn)換增益、相位噪聲和無雜散動(dòng)態(tài)范圍）進(jìn)行了研究[2]。結(jié)果表明：兩種方案的轉(zhuǎn)換增益相當(dāng)；但雙波長(zhǎng)調(diào)制中的相位噪聲相對(duì)較低，且在較低發(fā)射功率區(qū)域提供了較好工作性能；而單波長(zhǎng)方案在較高發(fā)射功率區(qū)域工作性能更佳。綜上所述，雙波長(zhǎng)調(diào)制系統(tǒng)的總體性能更優(yōu)，未來可用作上行鏈路移動(dòng)前端以簡(jiǎn)化天線站點(diǎn)和接收機(jī)配置。



3、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
復(fù)旦大學(xué)的Yinaer Ha等研究人員為了提高基于下一代前傳接口（NGFI）在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的頻譜效率，設(shè)計(jì)了采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）的非正交多波段無載波振幅和相位（NO-m-CAP）帶間干擾消除系統(tǒng)，如圖3所示。研究人員采用基于CNN的子帶間干擾（IBI）對(duì)消方法成功實(shí)現(xiàn)了25km的100Gb/s/λ NGFI-II數(shù)據(jù)傳輸，并驗(yàn)證了IBI提取模塊的必要性[3]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在硬判決糾錯(cuò)編解碼（HD-FEC）閾值為7%的前提下，光譜效率（SE）提高了15%。因?yàn)榕c傳統(tǒng)基于獨(dú)立成分分析的方法相比，此系統(tǒng)方案中應(yīng)用的光電器件簡(jiǎn)單實(shí)用，復(fù)雜度更低，支持提供更多的功耗預(yù)算和更大的信號(hào)壓縮比，因此該系統(tǒng)有望在未來移動(dòng)通信高速傳輸領(lǐng)域應(yīng)用。



4、光學(xué)傳感器
印度卡納塔克邦國(guó)立理工學(xué)院的Santosh Kumar Sahu等研究人員采用硅-二氧化鈦-二氧化硅-金（Si-TiO2-SiO2-Au）材料，設(shè)計(jì)了采用V型納米級(jí)三維混合等離子體波導(dǎo)（HPWG）的折射率-溫度傳感器，如圖4所示。研究人員設(shè)計(jì)了檢測(cè)苯（C6H6）的波長(zhǎng)解調(diào)方法，監(jiān)測(cè)了傳輸損失共振峰的波長(zhǎng)偏移；并采用有限元方法研究了二氧化硅、二氧化鈦厚度對(duì)HPWG傳感器性能的影響[4]。結(jié)果表明，該傳感器可檢測(cè)水溶液折射率在1.45-1.5范圍內(nèi)的變化；當(dāng)Si、TiO2、SiO2、Au等材料厚度值分別為220nm、5nm、25nm、50nm以及V型傳感器的單臂寬度為300nm時(shí)，該器件的工作靈敏度為1022.75nm/RIU，溫度靈敏度為2.95nm/℃。因?yàn)樵搨鞲衅鞣桨赶啾扔谥毙虷PWG設(shè)計(jì)，具有更小的有效模式面積并支持更遠(yuǎn)的傳播距離，因此將在適用于紅外區(qū)域的化學(xué)和生化傳感檢查方面有較好的應(yīng)用前景。



5、光纖接入網(wǎng)絡(luò)
法國(guó)布列塔尼雷恩大學(xué)的Jérémy Potet等研究人員設(shè)計(jì)了采用外調(diào)制激光器（EML）及直接檢測(cè)方案的實(shí)時(shí)無數(shù)字信號(hào)處理（DSP）光纖接入系統(tǒng)，如圖5所示。研究人員使用集成式外部調(diào)制激光器、模擬預(yù)均衡器、光學(xué)放大器和非濾波前置放大器，在無任何數(shù)字信號(hào)處理（實(shí)時(shí)或離線）的情況下對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行了直接檢測(cè)。他們成功在光纖接入鏈路（O波段）上使用單一波長(zhǎng)實(shí)時(shí)傳輸了100Gbit/s/λ的PAM-4信號(hào)，并針對(duì)光功率預(yù)算（OB）研究了采用半導(dǎo)體光放大器（SOA）的不同配置帶來的影響 [5]。研究結(jié)果表明：無論采用SOA的哪種配置，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PtP）情況下都可以進(jìn)行光功率預(yù)算；之所以在實(shí)際應(yīng)用中從未真正考慮在光接入網(wǎng)中使用光纖放大器，主要是由于器件成本和集成度問題。該方案的研究結(jié)果從一定程度上反映了雙向PtP標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向[5]，并為100Gbit/s速率PON可能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用發(fā)展提供了新方向。



6、強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)系統(tǒng)
湖南師范大學(xué)的Gang Chen等研究人員設(shè)計(jì)了采用低復(fù)雜度射頻（RF）數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）生成了含保護(hù)帶的正交頻分復(fù)用（GB-OFDM）信號(hào)，以應(yīng)用于強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測(cè)（IMDD）系統(tǒng)，如圖6所示；同時(shí)采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）欠采樣技術(shù)在接收機(jī)中恢復(fù)了基帶OFDM信號(hào)。他們?cè)趯?shí)時(shí)短距離IMDD系統(tǒng)中對(duì)該方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[6]。研究結(jié)果表明，經(jīng)50km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸信號(hào)且誤碼率為3.8e-3時(shí)，與基帶OFDM信號(hào)傳輸系統(tǒng)相比，16QAM/64 QAM-GB-OFDM系統(tǒng)的接收機(jī)靈敏度提升了7.5/3.5dB。該方案可以有效降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程的采樣率、系統(tǒng)成本和預(yù)算功耗，因此在IMDD高速光傳輸系統(tǒng)方中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1]S. S. Kohneh Poushi, B. Goll, K. Schneider-Hornstein, M. Hofbauer and H. Zimmermann, "CMOS Integrated 32 A/W and 1.6 GHz Avalanche Photodiode Based on Electric Field-Line Crowding," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 18, pp. 945-948, 15 Sept.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3195191.
[2]P. T. Dat, Y. Yamaguchi and A. Kanno, "Performance Comparison of Photonic Downconversion for Uplink Mobile Fronthaul," in IEEE Photonics Technology Letters, vol.34,no.17,pp. 923-926, 1 Sept.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3193467.
[3]Y. Ha et al., "CNN-Based Inter-Band Interference Cancellation for 100Gbit/s/λ Non-Orthogonal m-CAP in Fronthaul," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 17, pp. 907-910, 1 Sept.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3193310.
[4]S.K.Sahu,S.K.Reddy,M.Singh and E.Avrutin,"Hybrid Plasmonic Waveguide Based Platform for Refractive Index and Temperature Sensing,"in IEEE Photonics TechnologyLetters,vol.34,no.18,pp.953-956,15Sept.15,2022,doi: 10.1109/LPT.2022.3195666.
[5]J. Potet et al., "Real-Time DSP-Free 100 Gbit/s/λ PAM-4 Fiber Access Link Using EML and Direct Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 17, pp. 895-898, 1 Sept.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3191460.
[6]G. Chen et al., "Real-Time GB-OFDM Signal Generation/ Reception Using Image Spectra and Undersampling for IMDD System," in IEEE Photonics Technology Letters,vol.34,no.18,pp.997-1000,15Sept.15,2022,doi: 10.1109/LPT.2022.3197828.