8/28/2023，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，陳鵬，李彥霖，李沖，左仁杰，劉栓凡，袁杰，胡文光，陳超，李文臣，楊林婕，柳海楠，2023年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：微波光子測(cè)量、自由空間光通信、芯間串?dāng)_、光載太赫茲傳輸、激光雷達(dá)等，筆者將逐一評(píng)析。

1、微波光子測(cè)量
美國(guó)馬里蘭大學(xué)的Charles J等研究人員對(duì)單通道微波光子輻射計(jì)的非線性功率響應(yīng)進(jìn)行了分析和測(cè)量，如圖1所示；其中，研究人員以極窄的光譜分辨率處理大帶寬的輻射數(shù)據(jù)；考慮到信號(hào)處理帶寬有較大的動(dòng)態(tài)工作變化范圍，研究人員采用了外差式光子輻射計(jì)，并利用微波熱噪聲源進(jìn)行測(cè)試[1]。研究結(jié)果表明，對(duì)比連續(xù)波信號(hào)，熱噪聲信號(hào)的1dB輸出功率壓縮點(diǎn)值大約是平均射頻輸入功率值的一半。上述研究結(jié)果為未來(lái)研制滿足特定噪聲系數(shù)和動(dòng)態(tài)范圍需求的微波光子輻射計(jì)提供了借鑒參考。



浙江大學(xué)的Qingshui Guo 等研究人員設(shè)計(jì)了采用光學(xué)倍頻和相干接收基帶線性調(diào)頻（LFM）脈沖的微波光子雷達(dá)；該裝置具有抑制干擾的高分辨率探測(cè)能力，如圖2所示。在發(fā)射機(jī)中，研究人員采用雙臂馬赫-曾德爾調(diào)制器（DPMZM）實(shí)現(xiàn)了基帶信號(hào)的四倍頻過(guò)程；在接收機(jī)中，研究人員采用光學(xué)相干探測(cè)模式實(shí)現(xiàn)了高靈敏度信號(hào)的有效接收[2]。研究結(jié)果表明，應(yīng)用該裝置可有效削弱倍頻信號(hào)的雜散頻率成分，而且支持實(shí)現(xiàn)高倍頻因子的工作機(jī)制。研究人員對(duì)中心頻率22GHz、帶寬8GHz、脈寬5μs的雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行了目標(biāo)檢測(cè)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了2.0cm距離分辨率和40.4dB的圖像抑制比。因此，上述方案對(duì)未來(lái)研制具備大倍頻因子、高干擾抑制比和高分辨率探測(cè)靈敏度的微波光子雷達(dá)提供了參考思路。



2、自由空間光通信
中國(guó)科學(xué)院的Fan Zou等研究人員設(shè)計(jì)了含19子孔徑通道（等效孔徑為152mm）的相位光纖激光陣列（PFLA），并實(shí)現(xiàn)了大氣湍流補(bǔ)償和光學(xué)相干通信方案，如圖3所示。研究結(jié)果表明，如對(duì)每個(gè)子孔徑上的開關(guān)和傾斜相位進(jìn)行多維控制，可實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)中接收光束的同相調(diào)整和自適應(yīng)光纖耦合過(guò)程，與開環(huán)技術(shù)相比平均接收功率增加了約12倍，由大氣湍流引起的閃爍指數(shù)從0.275降低到0.041[3]。綜上所述，改方案顯示了相位光纖激光陣列的實(shí)用性和自適應(yīng)光學(xué)適配性，有望未來(lái)在城市自由空間光通信系統(tǒng)中應(yīng)用。



3、芯間串?dāng)_
葡萄牙里斯木大學(xué)的Tiago M等研究人員數(shù)值模擬研究了信號(hào)與芯間串?dāng)_（ICXT）之間的偏振失準(zhǔn)過(guò)程對(duì)直接檢測(cè)（DD）弱耦合多芯光纖（WC-MCF）通信系統(tǒng)性能的影響，如圖4所示 [4]。研究結(jié)果表明：當(dāng)信號(hào)場(chǎng)極化與ICXT極化分量一致時(shí)，誤碼率（BER）值并不一定最優(yōu)，隨著時(shí)間推移，誤碼率值有可能會(huì)進(jìn)一步劣化；在相同的中斷概率時(shí)，與信號(hào)和ICXT場(chǎng)獨(dú)立極化情況相比，較高的誤碼率值會(huì)導(dǎo)致ICXT水平需求增加1~2 dB。因此，上述方案更適用于可能包含任意偏振與ICXT場(chǎng)之間偏移（兩芯之間的相對(duì)傳播時(shí)間延遲）的直接檢測(cè)開關(guān)鍵控WC-MCF短距離光通信系統(tǒng)。



復(fù)旦大學(xué)的Junting Shi等研究人員設(shè)計(jì)了通過(guò)46Gbaud正交相移鍵控（QPSK）信號(hào)生成4096進(jìn)制正交幅度調(diào)制（QAM）正交頻分復(fù)用（OFDM）信號(hào)光載太赫茲（THz）輸入多輸出（MIMO）傳輸方案，如圖5所示；并應(yīng)用了偏振復(fù)用（PDM）和1位增量總和調(diào)制 （DSM）量化技術(shù) [5]。研究結(jié)果表明，該方案支持在20km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）和3m MIMO無(wú)線鏈路上傳輸4.6Ghz的4096-QAM-OFDM信號(hào)；接收的信號(hào)在15%開銷下滿足軟判決前向糾錯(cuò)（SD-FEC）閾值1.0×10-2（相當(dāng)于光載太赫茲傳輸信號(hào)的凈速率為84.4 Gbps，低于EVM閾值的1.29%）。因此，上述方案為未來(lái)光纖無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)收發(fā)和傳輸高階調(diào)制信號(hào)提供了借鑒參考。



5、激光雷達(dá)
      德國(guó)帕德博恩大學(xué)的Stephan Kruse等研究人員設(shè)計(jì)了利用多輸出量子脈沖門（mQPG）的光探測(cè)與測(cè)距（lidar）系統(tǒng)，并研究了量子不確定性限制的距離分辨率。研究人員提出的mQPG增強(qiáng)型lidar系統(tǒng)能突破理論瑞利范圍分辨率限制和基于經(jīng)典脈沖lidar的單探測(cè)Cramér-Rao界限（CRB）。他們研究了在非線性光波導(dǎo)中門控脈沖在mQPG內(nèi)與回波lidar脈沖的相互作用過(guò)程（mQPG的離散光譜通道強(qiáng)度包含目標(biāo)距離信息）。研究人員在周期性極化（PP）鈦擴(kuò)散鈮酸鋰波導(dǎo)中制備了mQPG，并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中搭建了測(cè)試系統(tǒng)，如圖6所示[6]。研究結(jié)果表明，在1.56ps時(shí)600μm和1100μm的脈沖長(zhǎng)度實(shí)驗(yàn)值與理論值一致。綜上所述，上述可以可以為光子雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供借鑒參考。



參考文獻(xiàn)
[1]C. J. Turner, A. I. Harris, T. E. Murphy and M. Stephen, "Nonlinear Power Response in Heterodyne Photonic Radiometers for Microwave Remote Sensing," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 701-704, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3273412.
[2]Q. Guo, K. Yin, T. Chai, X. Ying and C. Ji, "Photonics-Based Broadband Radar With Coherent Receiving for High-Resolution Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 745-748, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3275958.
[3]F. Zou et al., "Turbulence Compensation for Receiving and Coherent Combining via Phased Fiber Laser Array," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 733-736, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3245841.
[4]T. M. F. Alves and A. V. T. Cartaxo, "Polarization Misalignment Between Signal and Crosstalk in Direct Detection WC-MCF Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 753-756, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3276215.
[5]J. Shi et al., "4096-QAM OFDM THz-Over-Fiber MIMO Transmission Using Delta-Sigma Modulation," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 741-744, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3271907. 
[6]S. Kruse et al., "A Pulsed Lidar System With Ultimate Quantum Range Accuracy," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 769-772, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3277515.