1/30/2024，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，李文臣，楊林婕，柳海楠，陳超，胡文光，張顏鷺，岳京歌，靳清清。

2023年12月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：無(wú)線光通信、光柵濾波器、PoF信號(hào)監(jiān)測(cè)、毫米波生成、數(shù)字解調(diào)器、數(shù)字后處理線性方法等，筆者將逐一評(píng)析。

1、無(wú)線光通信
荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)的Yuchen Song等研究人員通過(guò)將光電二極管（PD）陣列和微透鏡陣列集成在單個(gè)玻璃轉(zhuǎn)接板上，設(shè)計(jì)了一種緊湊型、低成本的無(wú)線光通信（OWC）接收器[1]，如圖1所示。該結(jié)構(gòu)使用單個(gè)玻璃轉(zhuǎn)接板來(lái)避免菲涅爾反射，并將微透鏡的球面朝向激光束，使其能以較小的曲率半徑避免球面全內(nèi)反射。為了實(shí)現(xiàn)高信息吞吐量，接收器采用比開(kāi)關(guān)鍵控更先進(jìn)的離散多音頻（DMT）調(diào)制格式配合PD陣列接收器和跨阻放大器來(lái)完成信息收發(fā)過(guò)程。研究結(jié)果證明：光刻膠微透鏡的收集效率能提升至26.6dB；實(shí)現(xiàn)1Gbps無(wú)誤碼數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖瞻l(fā)端失調(diào)誤差容限能從±1.1mm擴(kuò)大到±1.5mm；使用光刻膠微透鏡配合150m孔徑的光電二極管后接收器的視場(chǎng)角保持在±18°，支持低至-0.5dBm的傳輸功率實(shí)現(xiàn)10Gbps信號(hào)的無(wú)誤碼傳輸。綜上所述，該方案為低成本、高速率室內(nèi)OWC接收機(jī)的設(shè)計(jì)和研制提供了一種參考借鑒方案。



2、光柵濾波器
上海大學(xué)Fenglong Liang等研究人員利用絕緣體上硅（SOI）作為光波導(dǎo)平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用絕熱定向耦合器（ADC）的亞波長(zhǎng)多模波導(dǎo)布拉格光柵（SMWG）濾波器[2]。他們?cè)谠撈骷�引入了兩種不同寬度的亞波長(zhǎng)波紋，采用互補(bǔ)橫向錯(cuò)位調(diào)制（CLMM）對(duì)兩側(cè)兩個(gè)亞波長(zhǎng)波紋進(jìn)行橫向平移，實(shí)現(xiàn)了旁瓣抑制型高斯切趾從而獲得較窄帶寬（如圖2所示），并在制備過(guò)程中降低了對(duì)加工精度的要求。研究結(jié)果表明：研究人員在CLMM和ADC輔助構(gòu)建的SMWG器件上實(shí)現(xiàn)了0.51nm帶寬和16.6dB的旁瓣抑制比；在1530~1565nm工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)觀察到一個(gè)濾波帶，說(shuō)明該濾波器通過(guò)多模耦合在C波段工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了不受限制的自由光譜濾波范圍。綜上所述，上述方案為未來(lái)硅基光子集成窄帶濾波器的設(shè)計(jì)和制備提供了一種可行參考方案。



3、PoF信號(hào)監(jiān)測(cè)
西班牙卡洛斯三世大學(xué)的Rubén Altuna等研究人員采用多芯光纖（MCF）針對(duì)芯間串?dāng)_（XT）現(xiàn)象設(shè)計(jì)了空分復(fù)用（SDM）系統(tǒng)中的光纖傳能（PoF）信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)[3]，其原理如圖3所示（展示了使用三芯光纖的監(jiān)測(cè)過(guò)程）。其中，核心1用于傳輸高功率能量信號(hào)，核心2傳輸通信信號(hào)；XT信號(hào)由核心1中的高功率信號(hào)產(chǎn)生，并在核心2末端經(jīng)波分復(fù)用器（WDM）與通信信號(hào)分離后通過(guò)核心3回傳檢測(cè)。圖3的下半部分顯示了在無(wú)統(tǒng)計(jì)濾波算法（左側(cè)）和采用統(tǒng)計(jì)濾波算法（右側(cè)）的情況下，針對(duì)不同高功率激光器（HPL）的發(fā)射功率，XT演化對(duì)檢測(cè)功率的影響。研究人員成功在250m七芯光纖中演示了該技術(shù)；其中，中心局（CO）生成的三路復(fù)用5G 新無(wú)線（NR）光信號(hào)以及131mW的PoF信號(hào)由七芯光纖傳輸至遠(yuǎn)程無(wú)線電頭端（RRH）。研究結(jié)果表明：監(jiān)測(cè)信道能準(zhǔn)確跟蹤注入MCF的光功率及RRH的接收光功率；該監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用為未來(lái)空分復(fù)用型光纖傳能技術(shù)提供了參考思路。



4、毫米波生成
西班牙瓦倫西亞大學(xué)的M.Botella-Campos等研究人員設(shè)計(jì)了采用直接調(diào)制激光器（DML）的光學(xué)相位調(diào)制（PM）型毫米波信號(hào)生成方案[4]，如圖4所示。其中，中心局基帶單元（CO-BBU）生成的信號(hào)通過(guò)DML進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制（IM），再經(jīng)PM后被發(fā)送到光帶阻塞濾波器（OBRF）以抑制光載波的產(chǎn)生；經(jīng)過(guò)摻鉺光纖放大器（EDFA）放大后的信號(hào)經(jīng)光帶通濾波器（OBPF）實(shí)現(xiàn)光學(xué)濾波；光信號(hào)經(jīng)單模光纖鏈路傳輸?shù)竭h(yuǎn)程無(wú)線電頭端（RRH）后，通過(guò)光電探測(cè)器（PD）將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并使用可變光衰減器（VOA）控制接收到的光功率。研究結(jié)果表明：該方案可實(shí)現(xiàn)光損耗補(bǔ)償并降低自發(fā)輻射噪聲的影響，在系統(tǒng)配置方面具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性，適用于5G及下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的光纖無(wú)線接入和毫米波通信的應(yīng)用。



5、數(shù)字解調(diào)器
西南交通大學(xué)的Yue Zhu等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FTnet）的新型數(shù)字解調(diào)器，用于構(gòu)建正交幅度調(diào)制（QAM）的光纖無(wú)線（RoF）傳輸系統(tǒng)。其中，F(xiàn)Tnet將Transformer編碼器與傅里葉計(jì)算過(guò)程相結(jié)合，以學(xué)習(xí)信號(hào)波形并從受損接收信號(hào)中恢復(fù)比特信息流[5]，如圖5所示。研究結(jié)果表明，在16QAM和64QAM RoF傳輸系統(tǒng)中，該解調(diào)器在7%FEC限制（BER=3.8×10-3）條件下可實(shí)現(xiàn)約-12.1dBm和-6dBm的接收機(jī)靈敏度；采用FTnet數(shù)字解調(diào)器優(yōu)于不帶均衡器的傳統(tǒng)數(shù)字解調(diào)器（TDD）、帶有最小均方誤差均衡器（TDD-LMS）的傳統(tǒng)數(shù)字解調(diào)器和全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FCNN）數(shù)字解調(diào)器，接收機(jī)靈敏度分別提高了約6.9dB、1dB和1dB；在3.8×10-3 BER限制下，與TDD-LMS相比，該解調(diào)器在6-QAM RoF系統(tǒng)中接收機(jī)靈敏度提高了3dB。因?yàn)樵擃?lèi)新型數(shù)字解調(diào)器在不同接收光功率和無(wú)線距離下的信號(hào)接收性能優(yōu)于采用其他類(lèi)型解調(diào)器，因此理論上它還可以擴(kuò)展到其他通信領(lǐng)域以完成相關(guān)數(shù)字解調(diào)任務(wù)。



6、數(shù)字后處理線性方法
上海交通大學(xué)的Min Ding等研究人員設(shè)計(jì)了用于光學(xué)采樣鏈路的端到端數(shù)字后處理線性化方法；其中包含了全鏈路線性化的調(diào)制器和光電探測(cè)器（PD），消除了光學(xué)采樣鏈路工作帶寬中的相關(guān)非線性分量[6]。結(jié)合光學(xué)采樣鏈路的特點(diǎn)，將光電探測(cè)光脈沖的復(fù)雜記憶畸變轉(zhuǎn)化為無(wú)記憶畸變，簡(jiǎn)化了測(cè)量、建模和后處理過(guò)程。與傳統(tǒng)相位編碼光學(xué)采樣鏈路相比，該設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（如圖6所示）；通過(guò)追蹤和擬合過(guò)程，可分別建立調(diào)制器和PD的精確校正函數(shù)，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)線性化采樣結(jié)果。為研究非線性效應(yīng)，研究人員將PD置于飽和區(qū)工作，并將調(diào)制指數(shù)為0.5的單音信號(hào)應(yīng)用于正交偏置馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器中，使諧波被有效抑制22.8dB至59.7dB。在帶寬受限的接收情況下，非線性條件保持不變，64QAM信號(hào)的誤差矢量幅度（EVM）從15.23%提升到1.79%。由于工作帶寬內(nèi)進(jìn)行了全鏈路非線性校正，一定程度上克服了功率限制影響，因此該方案有望在未來(lái)構(gòu)建可靠數(shù)字化后端的基礎(chǔ)上緩解射頻前端的設(shè)計(jì)要求。



參考文獻(xiàn)
[1]Song?Y,?Wolny?M,?Li?C,?et?al.?Compact?OWC?Receiver:?Micro-Lens?and?PD?Array?on?Glass?Interposer[J].?Journal?of?Lightwave?Technology,?2023.
[2]Liang F, Zheng S, Zhao X, et al. Narrow-band apodized Bragg grating filters based on SOI platform[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023, 41(24): 7418-7423.
[3]Altuna R, López-Cardona J D, Vázquez C. Monitoring of Power Over Fiber Signals Using Intercore Crosstalk in ARoF 5G NR Transmission[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023.
[4]Botella-Campos M, Mora J, Ortega B. On the Use of a Directly Modulated Laser in a Phase Modulated-Assisted mmW Signal Generation and Transmission Link[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023.
[5]Zhu Y, Ye J, Yan L, et al. A Data-driven Digital Demodulator based on Deep Learning for Radio over Fiber Transmission System[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023.
[6]Ding M, Chen X, Jin Z, et al. An end-to-end digital postprocessing linearization method for optical sampling link[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023.