2/29/2024，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。

2024年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：垂直腔面發(fā)射激光器、水下無(wú)線光通信、生物傳感器、長(zhǎng)距離光傳輸、多通道線均衡器、盲偏振解復(fù)用算法等，筆者將逐一評(píng)析。

1、垂直腔面發(fā)射激光器
意大利都靈理工大學(xué)的Leonardo Minelli等研究人員通過(guò)在多模光纖（MMF）鏈路使用PAM4信號(hào)進(jìn)行短距離數(shù)據(jù)中心內(nèi)互連（DCI）的符合性測(cè)試，來(lái)研究利用非線性數(shù)字預(yù)失真器（DPD）優(yōu)化垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）作為光信號(hào)發(fā)射機(jī)（TX）的工作性能。他們采用了兩種不同優(yōu)化方法：1、直接學(xué)習(xí)架構(gòu)（DLA）的優(yōu)化；2、端到端（E2E）學(xué)習(xí)的優(yōu)化，如圖1所示[1]。在DLA優(yōu)化方案中，研究人員設(shè)計(jì)了系統(tǒng)模型（涉及數(shù)字化光學(xué)背靠背（B2B）系統(tǒng)和峰峰值（P2P）歸一化），并通過(guò)訓(xùn)練DPD對(duì)號(hào)進(jìn)行編碼以減輕傳輸失真影響；在E2E優(yōu)化方案中，研究人員設(shè)計(jì)了TDECQ-based E2E系統(tǒng)模型（包括用于TDECQ測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）模塊、聯(lián)合訓(xùn)練DPD和接收端解碼器），以補(bǔ)償信道失真，優(yōu)化傳輸質(zhì)量。研究結(jié)果證明：上述兩種優(yōu)化方法均克服了MMF鏈路中光信號(hào)失真的負(fù)面影響，在未來(lái)設(shè)計(jì)短距離應(yīng)用的VCSEL提供了參考借鑒。



2、水下無(wú)線光通信
北京大學(xué)的Zeyad A. H. Qasem等研究人員設(shè)計(jì)了一種高效導(dǎo)頻輔助調(diào)制技術(shù)（E-PA-DCO-OFDM)，以克服水下無(wú)線光通信面臨的傳輸邊帶信息（SI）所需計(jì)算復(fù)雜度（CC）高和導(dǎo)致頻譜效率（SE）降低的影響[2]。如圖2所示，該方案通過(guò)傳輸?shù)头寰�功率比（PAPR）導(dǎo)頻序列標(biāo)記，而不是傳輸整個(gè)導(dǎo)頻數(shù)據(jù)提升有效信息傳輸利用率；并將快速傅里葉逆變換（IFFT）中涉及的矩陣分解為兩個(gè)低復(fù)雜度矩陣，以避免執(zhí)行多路IFFT過(guò)程，一定程度上克服了低SE和高CC的影響。此外，在水下無(wú)線光通信（UWOC）環(huán)境中，與候選導(dǎo)頻標(biāo)記相關(guān)的調(diào)制信號(hào)可以多次傳輸，以保證接收端正確檢測(cè)。研究結(jié)果證明，在2米深的水箱中，與傳統(tǒng)導(dǎo)頻輔助調(diào)制技術(shù)相比，采用E-PA-DCO-OFDM技術(shù)降低了52.4%的CC；如果傳輸相同大小的數(shù)據(jù)塊，SE則可節(jié)省32.55%。綜上所述，該方案為未來(lái)UWOC系統(tǒng)的應(yīng)用提供了參考借鑒。



3、生物傳感器
東北大學(xué)的Hongrui Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了一種用于快速檢測(cè)血紅蛋白（Hb）的流體激光（FOFL）生物傳感器[3]。如圖3所示，該器件集成了回音壁模式（WGM）光學(xué)微腔和壁厚僅為幾微米的薄壁空心光纖（HOF）（利用HOF作為WGM微腔和微流體通道，以有機(jī)染料作為增益介質(zhì)）。由于染料-蛋白復(fù)合物會(huì)引起染料熒光猝滅，研究人員通過(guò)FOFL放大猝滅效應(yīng)對(duì)Hb進(jìn)行秒級(jí)快速檢測(cè)。研究結(jié)果表明：在秒級(jí)時(shí)間內(nèi)獲得了0.7nM的檢測(cè)限（LOD）和三個(gè)數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍；與熒光檢測(cè)方式相比，該器件具備樣品用量少、均質(zhì)免水洗、工作流程簡(jiǎn)單和可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，上述研究方案可能為血液中Hb的檢測(cè)提供一種新方法，并有潛力應(yīng)用于一些相關(guān)疾病的診斷過(guò)程。



4、長(zhǎng)距離光傳輸
       北京郵電大學(xué)的Hao Gao等研究人員比較研究了長(zhǎng)距離射頻（RF）傳輸中單跨傳輸、信號(hào)中繼和級(jí)聯(lián)傳輸三種中繼方法，如圖4所示；并對(duì)比以上方案中信號(hào)的頻率不穩(wěn)定性影響[4]（主要圍繞如何在長(zhǎng)距離光纖傳輸中實(shí)現(xiàn)高精度頻率同步進(jìn)行研究）。研究人員在3009.8km長(zhǎng)距離的光纖鏈路中進(jìn)行了概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)合相位共軛和鎖相環(huán)（PLL）進(jìn)行了長(zhǎng)距離頻率傳輸實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果證明：級(jí)聯(lián)連接方法具有最佳傳輸性能，對(duì)于相位穩(wěn)定的RF信號(hào)其頻率不穩(wěn)定性在1秒內(nèi)為8.8×10-14，在10,000秒內(nèi)為8.4×10-17。上述研究方案一定程度上解決了長(zhǎng)距離光信號(hào)傳輸中的頻率同步問(wèn)題，并證明了級(jí)聯(lián)連接是最佳選擇，這將對(duì)光纖通信系統(tǒng)中超長(zhǎng)距離原子鐘的校準(zhǔn)具有重要意義。



5、多通道線均衡器
瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的Zonglong He等研究人員分析了應(yīng)用光學(xué)頻率梳驅(qū)長(zhǎng)距離光通信系統(tǒng)中的聯(lián)合多通道線性均衡影響，并設(shè)計(jì)了一種多通道均衡器[5]，如圖5所示；分別在80、400、800和1200 km光纖鏈路上進(jìn)行了傳輸實(shí)驗(yàn)，分析了放大器自發(fā)輻射（ASE）噪聲對(duì)信道間干擾（ICI）均衡的影響。研究結(jié)果證明：當(dāng)光信噪比（OSNR）降低時(shí)，多通道均衡器（MCE）的工作性能會(huì)顯著下降（尤其在應(yīng)用高階調(diào)制信號(hào)時(shí)）；相鄰波長(zhǎng)信道的ASE噪聲可能耦合到信號(hào)中，將進(jìn)一步降低多通道均衡的工作性能；對(duì)于64進(jìn)制正交幅度調(diào)制（64-QAM）信號(hào)，在80km和800km傳輸后通過(guò)聯(lián)合處理，可實(shí)現(xiàn)信息速率（AIR）分別提升至0.32和0.18bit/s/Hz，在傳輸1200km后，提升效果不明顯；與單通道均衡方式相比，通過(guò)使用優(yōu)化抽頭數(shù)的多通道均衡器，16-QAM和64-QAM信號(hào)在傳輸800km后實(shí)現(xiàn)了0.1bit/s/Hz的AIR提升；在不同符號(hào)速率下測(cè)得的AIR趨勢(shì)可作為OSNR的函數(shù)，不僅可分析傳輸ASE噪聲，還可用于分析其他噪聲，如收發(fā)器中的電噪聲和光噪聲。上述研究方案對(duì)于未來(lái)設(shè)計(jì)長(zhǎng)距離多通道光通信系統(tǒng)有一定的參考借鑒價(jià)值。



6、盲偏振解復(fù)用算法
荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的Vinod Bajaj等研究人員設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)于有中等偏振模色散（PMD）效應(yīng)的頻域（FD）聯(lián)合對(duì)角化（JD）概率感知多模（pr-MMA）分析算法[6]，如圖6所示。他們以無(wú)記憶常模算法（CMA）初始化MMA為基準(zhǔn)，采用FDJD-pr-MMA和聯(lián)合對(duì)角化概率感知多模（JD-pr-MMA）算法在一階PMD通道上對(duì)正交幅度調(diào)制（PCS-QAM）信號(hào)的星座圖概率整形過(guò)程進(jìn)行分析。研究結(jié)果證明：在符號(hào)持續(xù)時(shí)間（Tsymb）達(dá)10%的差分群延遲（DGD）和18dB SNR/pol下，可成功解復(fù)用PCS信號(hào)；但無(wú)法適應(yīng)于CMA-MMA。在差分群延遲（DGD）高達(dá)Tsymb 40%的PMD通道上，F(xiàn)DJD-pr-MMA對(duì)于中等PMD效應(yīng)影響具有魯棒性，并且FDJD-pr-MMA算法成功地將DGD的PMD通道均衡至Tsymb 20%。上述研究方案對(duì)于未來(lái)光通信系統(tǒng)中改善偏振復(fù)用帶來(lái)的負(fù)面影響有一定的參考借鑒價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1]Minelli L, Forghieri F, Shao T, et al. TDECQ-Based Optimization of Nonlinear Digital Pre-Distorters for VCSEL-MMF Optical Links Using End-to-End Learning[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024, 42(2): 621-635.
[2]Qasem Z A H, Ali A, Deng B, et al. Spectral and Energy Efficient Pilot-Assisted PAPR Reduction Technique for Underwater Wireless Optical Communication Systems[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.
[3]Zhang H, Han B, Li X, et al. An optical fiber optofluidic laser biosensor for rapid hemoglobin detection using organic dye[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.
[4]Gao H, Jiang T, Li J, et al. Comparison of relay methods for long-distance radio frequency transmission[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.
[5]He Z, Vijayan K, Mirani A, et al. Inter-Channel Interference Cancellation for Long-Haul Superchannel System[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.
[6]Bajaj V, Van de Plas R, Wahls S. Blind Polarization Demultiplexing of Shaped QAM Signals Assisted by Temporal Correlations[J]. Journal of Lightwave Technology, 2024.