11/20/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，李文臣，胡文光，陳超，楊林婕，柳海楠，張顏鷺，岳京歌，靳清清。

2023年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光電振蕩器、數(shù)據(jù)中心互連、室內(nèi)無線光通信、光纖傳感器、自由空間光通信、水下無線光通信等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光電振蕩器
華中科技大學(xué)Weilei Gou等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型大時(shí)間帶寬積（TBWP）相位編碼線性調(diào)頻（LFM）信號(hào)的光學(xué)產(chǎn)生方法；他們通過相位調(diào)制器（PM）對(duì)光載波進(jìn)行相位調(diào)制，然后將相位編碼信號(hào)發(fā)射到光電振蕩器（OEO）環(huán)路中，利用傅里葉域鎖模（FDML）技術(shù)成功產(chǎn)生了中心頻率、帶寬、編碼方式和比特率都可靈活調(diào)節(jié)的LFM信號(hào)[1]，如圖1所示。該方法的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：可直接在OEO腔內(nèi)產(chǎn)生相位編碼的LFM信號(hào)，不但可簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且能提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，因此它在現(xiàn)代光信號(hào)處理領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。



2、數(shù)據(jù)中心互連
面向數(shù)據(jù)中心互連，中山大學(xué)的Dongdong Zou等研究人員在收發(fā)端聯(lián)合湯姆林森-哈拉�，旑A(yù)編碼（THP）和M-log-最大后驗(yàn)概率（M-log-MAP）譯碼器，設(shè)計(jì)了低復(fù)雜度的奈奎斯特（FTN）應(yīng)用方案。如圖2所示，在發(fā)送端，他們采用兩抽頭THP消除符號(hào)間干擾（ISI）和抑制均衡過程中的放大噪聲；在接收端，M-log-MAP解碼器被用于消除殘余失真（不需要反饋信道即可準(zhǔn)確獲得發(fā)射端信道狀態(tài)信息）[2]。研究結(jié)果證明：在采用32GHz矩形濾波器的70、75和80GBaud 的PAM4系統(tǒng)中，對(duì)應(yīng)的FTN壓縮系數(shù)分別為0.914、0.853和0.8；在2.4×10-4的KP4前向糾錯(cuò)編碼閾值下，可成功在2km單模光纖上傳輸70GBaud的PAM4信號(hào)，與無誤碼傳播判決反饋均衡過程相比，該方案提升了約0.7dB的接收機(jī)靈敏度。綜上所述，該方案對(duì)帶寬受限型數(shù)據(jù)中心互連提供了參考借鑒。


圖2 （a）判決反饋均衡過程（b）湯姆林森-哈拉�，旑A(yù)編碼及相關(guān)信號(hào)處理過程

3、室無線光通信
澳大利亞墨爾本大學(xué)的Jianghao Li等研究人員設(shè)計(jì)了采用軌道角動(dòng)量（OAM）模式的波束整形和概率整形方案，以應(yīng)用于室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)來提升信號(hào)有效覆蓋率，如圖3所示。他們研究了采用霍夫曼編碼（HC）和符號(hào)反轉(zhuǎn)編碼（SIC）概率整形方案生成的16/64QAM信號(hào)，并在基模和高階OAM模式之間不同功率比的波束成形方案下分析了誤碼率[3]。研究結(jié)果表明，基模下16QAM信號(hào)的有效覆蓋率可提升120%~130%；高階OAM模式下，有效覆蓋率可提升130%到140%。對(duì)于64QAM信號(hào)，在不同波束整形方案、不同模式功率比下，僅采用SIC的概率整形方案能略微提升信號(hào)有效覆蓋率。因?yàn)樯鲜龇桨傅氖峭ㄟ^數(shù)值模擬驗(yàn)證的，因此未來的研究有必要對(duì)上述方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。




4、光纖傳感器
復(fù)旦大學(xué)的Yuchen Song等研究人員設(shè)計(jì)了采用線性Sagnac干涉儀光纖傳感器的支路定位系統(tǒng)（通過解調(diào)外部干擾引起的相位差信號(hào)，使用時(shí)延估計(jì)和雙波長(zhǎng)零頻率技術(shù)實(shí)現(xiàn)定位），如圖4所示。研究人員采用超輻射發(fā)光二極管（SLD）作為光源，并應(yīng)用摻鉺光纖放大器（EDFA）調(diào)節(jié)輸出光；使用3×3對(duì)稱光纖耦合器（OC）將光波分成兩束，一束通過時(shí)間延遲光纖和2×2對(duì)稱光纖耦合器，一束直接通過光纖耦合器；然后采用一個(gè)波分復(fù)用器（WDM）將光束分成不同波長(zhǎng)的光波光波光波，再通過另一個(gè)波分復(fù)用器將兩束光合并，并輸入相位調(diào)制器（MOD）；光束通過法拉第旋轉(zhuǎn)鏡（FRM）后按原始路徑反射[4]。研究結(jié)果表明：該方案僅使用單傳感器系統(tǒng)就能夠監(jiān)控主路徑和分支路徑，因此它為分布式光線傳感器的分支定位應(yīng)用提供了簡(jiǎn)單有效的解決方案。




5、自由空間光通信
北京交通大學(xué)的Mengyao Han等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型長(zhǎng)波紅外（LWIR）自由空間光（FSO）傳輸系統(tǒng)，主要由直接調(diào)制量子級(jí)聯(lián)激光器（DM-QCL）和碲鎘汞（MCT）檢測(cè)器組成，如圖5所示。他們使用50GSa/s的任意波形發(fā)生器（AWG）將離線生成的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換到模擬域；他們?cè)诮邮斩耸褂眉�成了跨阻放大器（TIA）的商用MCT檢測(cè)器，通過40GSa/s實(shí)時(shí)數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并使用匹配濾波器、時(shí)鐘恢復(fù)、最大方差下采樣、傅里葉變換過程處理接收信號(hào)[5]。研究結(jié)果表明：通過優(yōu)化激光偏置電流和MCT檢測(cè)器光電壓，可實(shí)現(xiàn)6Gbaud OOK、3.5Gbaud PAM4、3Gbaud PAM6、2.5或2.7Gbaud PAM4信號(hào)低于6.25%的誤碼率閾值傳輸。綜上所述，該方案為下一代FSO系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種潛在選擇方案。



6、水下無線光通信
浙江大學(xué)Yuan  Wang等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型高譜效率非正交離散多音（NODMT）調(diào)制的水下無線光通信（UWOC）系統(tǒng)，用于改善各器件帶寬不足的問題；并提出將迭代混合算法（ID）和QR分解的球型解碼算法（QRSD）相結(jié)合以降低計(jì)算復(fù)雜度，如圖6所示。其中，實(shí)值NODMT信號(hào)由分?jǐn)?shù)階離散多音逆變換（IFrDMT）矩陣生成。他們通過插入循環(huán)前綴（CP）和前導(dǎo)碼，并使用任意波形發(fā)生器（AWG）、電子放大器（EA）、可調(diào)衰減器（ATT）、T型偏置器將射頻發(fā)射信號(hào)與直流（DC）疊加；并采用平凸透鏡收集光束饋入雪崩光電二極管；使用數(shù)字串行分析儀（DSA）探測(cè)電信號(hào)，再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理（DSP）以恢復(fù)原始信號(hào)[6]。研究結(jié)果表明：采用ID-ORSD算法計(jì)算復(fù)雜度降低了50％，其中實(shí)值乘法數(shù)量下降了40％以上，且數(shù)據(jù)傳輸速率提高了24.44%。綜上所述，該方案在UWOC和水下物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域展現(xiàn)出較大的應(yīng)用價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1]W. Gou et al., "Generation of Phase-Coded LFM Signals Based on Fourier Domain Mode-Locked Optoelectronic Oscillator," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 19, pp. 6142-6148, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3282992.
[2]D. Zou et al., "Simplified THP and M-Log-MAP Decoder Based Faster Than Nyquist Signaling for Intra-Datacenter Interconnect," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 19, pp. 6300-6309, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3279463.
[3]J. Li, Q. Yang, X. Dai, C. Lim and A. Nirmalathas, "Joint Beam-and-Probabilistic Shaping Scheme Based on Orbital Angular Momentum Mode for Indoor Optical Wireless Communications," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 20, pp. 6488-6495, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3287579.
[4]Y. Song, Y. Ma, X. Lai, B. Jia and Q. Xiao, "Fiber Optic Sensor Based on Linear Sagnac Interferometer for Branch Localization," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 20, pp. 6621-6630, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3287403.
[5]M. Han?et al., "High Spectral Efficiency Long-Wave Infrared Free-Space Optical Transmission With Multilevel Signals," in?Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 20, pp. 6514-6520, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3287934.
[6]Y. Wang et al., "Spectrally Efficient Non-Orthogonal Discrete Multi-Tone Transmission for Underwater Wireless Optical Communication With Low-Complexity High Performance ICI Mitigation," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 19, pp. 6288-6299, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3279700.