3/25/2025，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，張顏鷺，張旭，許占奪，向泓勁，匡富豪，賈嵐斯，隆茜，崔夢(mèng)琦。

        2025年1月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光電路交換機(jī)、光延遲線、色散控制、光纖激光器、適配器、故障檢測(cè)等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光電路交換機(jī)
        日本名古屋大學(xué)的Takumi Mitsuya等研究人員設(shè)計(jì)了一種三級(jí)光電路交換機(jī)架構(gòu)，旨在克服數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中因流量激增而面臨的擴(kuò)展升級(jí)瓶頸[1]，如圖1所示。他們將波長(zhǎng)路由WR交換機(jī)和空間DC交換機(jī)組合為三級(jí)網(wǎng)絡(luò)（共八種方案），大幅度提升了收發(fā)端口數(shù)量與數(shù)據(jù)吞吐量。研究結(jié)果表明：在發(fā)射功率為0dBm時(shí)，有兩種方案支持12288×12288和6144×6144的收發(fā)端口配置，而傳統(tǒng)兩級(jí)架構(gòu)僅能實(shí)現(xiàn)384×384的收發(fā)端口配置；當(dāng)采用32-Gbaud速率的 DP-16QAM調(diào)制方案時(shí)，接收信號(hào)的誤碼率（BER）均達(dá)到目標(biāo)值（10-2），數(shù)據(jù)吞吐量分別達(dá)到2457.6 Tbps（12288端口）和1228.8 Tbps（6144端口）。綜上所述，該類交換機(jī)通過(guò)優(yōu)化端口配置降低了系統(tǒng)硬件成本，并為超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心提供了低功耗、高吞吐量的大數(shù)據(jù)交換解決方案，未來(lái)在大數(shù)據(jù)中心建設(shè)中可體現(xiàn)其潛在應(yīng)用價(jià)值。



2、光延遲線
        西班牙瓦倫西亞大學(xué)電信與多媒體研究所的Mario Annier等研究人員設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種基于多芯光纖（MCF）的非均勻間隔光延遲線，以實(shí)現(xiàn)微波光子離散時(shí)間信號(hào)處理[2]。如圖2所示，他們?cè)O(shè)計(jì)了32芯異質(zhì)MCF，其中每個(gè)纖芯具備定制色散特性，能夠在30 nm工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，適用于八種特定的微波信號(hào)處理應(yīng)用。研究結(jié)果表明：采用5km均勻MCF和可變延遲線制備的非均勻間隔光延遲線可實(shí)現(xiàn)等效負(fù)系數(shù)轉(zhuǎn)換，并支持中心頻率為10 GHz的帶通濾波（帶寬值分別為4.67 GHz（5芯）和5.03 GHz（7芯））；還可在8 GHz下實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)階希爾伯特變換（相位偏移范圍為±20°至±90°）；此外，如果進(jìn)行微波脈沖相位編碼，則能夠準(zhǔn)確依據(jù)編碼過(guò)程輸入信號(hào)（壓縮比接近理論值）。因此，研究人員通過(guò)利用MCF的空間多樣性提供了緊湊且高效的信號(hào)處理解決方案，且該器件具有尺寸小、重量輕和功耗低的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望微波光子學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮潛在應(yīng)用價(jià)值。



3、色散控制
        韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的Jin-Woo Chae等研究人員設(shè)計(jì)了一種面向密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)應(yīng)用的群速度色散（GVD）控制模塊，如圖3所示。該模塊能夠有效在光纖系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)精確可控的色散效應(yīng)[3]。研究人員評(píng)估了應(yīng)用各種時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)法時(shí)測(cè)出的時(shí)間差精度，分析了通過(guò)GVD模塊的每條傳輸路徑中光信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差，證明了通過(guò)調(diào)整濾波信號(hào)之間的跨越時(shí)間可有效控制預(yù)期色散效應(yīng)的產(chǎn)生。研究結(jié)果表明：該GVD模塊的插入損耗值為4.67dB，它能夠感應(yīng)與379km單模光纖（插入損耗為75.8dB）相當(dāng)?shù)拇笊⑿?yīng)。綜上所述，該方案在一定程度上解決了在長(zhǎng)距離光纖通信中難以對(duì)信道中特定群速度色散預(yù)處理的問(wèn)題，未來(lái)有望在需要精確控制色散效應(yīng)的光通信系統(tǒng)中應(yīng)用。



4、光纖激光器
        蘇州大學(xué)的Kuen Yao Lau等研究人員設(shè)計(jì)了一種使用鉍摻雜磷硅酸鹽玻璃光纖的O波段鎖模光纖激光器，并展示了一種利用3×3光耦合器（OC）的鎖模鉍摻雜光纖激光器[4]。研究人員同時(shí)比較了使用2×2 OC非線性放大環(huán)鏡（NALM）和3×3 OC NALM的光學(xué)性能，如圖4所示。他們使用3×3 OC 能將泵浦功率閾值降低到 299.6mW。研究結(jié)果表明：3×3 OC NALM 與分光比為70：30的非對(duì)稱 2×2 OC NALM 相比，鎖模啟動(dòng)效率至少提高了45%，而此時(shí)光腔的泵浦功率更低，能穩(wěn)定維持在2×2 OC NALM鎖模的26%。此外，3×3 NALM的輸出功率至少比傳統(tǒng)的2×2 NALM高2倍。綜上所述，該研究為改善O波段光纖激光器的鎖模過(guò)程提供了借鑒參考。



5、適配器
        天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院的Zheng Liu等研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型適配器用于提升光纖通信系統(tǒng)中端到端深度學(xué)習(xí)的泛化能力，如圖5所示[5]。該器件具有可解釋結(jié)構(gòu)，能在不改變?cè)行盘?hào)處理結(jié)構(gòu)時(shí)插入和應(yīng)用，可在傳輸距離波動(dòng)100km和功率波動(dòng)0.5dBm的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正確判別，還可通過(guò)優(yōu)化均衡算法顯著提升信號(hào)收發(fā)性能。研究結(jié)果表明，使用該器件后信號(hào)在1000km和2000km傳輸距離下的符號(hào)錯(cuò)誤率（SER）波動(dòng)分別不超過(guò)0.00097和0.00341；在接收功率變化范圍為2-3dBm時(shí)，使用次優(yōu)星座圖結(jié)合該器件應(yīng)用時(shí)平均誤碼率降低了0.0062，接收性能與最優(yōu)星座圖相當(dāng)，表明該器件不僅提高了系統(tǒng)的魯棒性，還降低了復(fù)雜星座圖的優(yōu)化求。綜上所述，該方案為光纖通信系統(tǒng)中深度學(xué)習(xí)技術(shù)的實(shí)用化提供了參考借鑒。



6、故障檢測(cè)
        北京郵電大學(xué)信息光子學(xué)與光通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Zhang Chunyu等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型專家增強(qiáng)型機(jī)器學(xué)習(xí)方案，用于在光傳輸網(wǎng)絡(luò)（OTN）中檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)部署的光模塊故障，如圖6所示[6]。研究人員通過(guò)將決策樹(shù)算法與專家知識(shí)相結(jié)合（在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模的預(yù)處理階段嵌入專家知識(shí)），成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)光模塊故障的高效檢測(cè)。研究結(jié)果表明：專家增強(qiáng)型故障檢測(cè)模型在樣本有限情況下表現(xiàn)出色，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型方案相比，平均F1分?jǐn)?shù)提升了0.3607，漏報(bào)率降低了0.3317，誤報(bào)率降低了0.0026；在僅有50個(gè)故障樣本時(shí)，應(yīng)用該方法即可實(shí)現(xiàn)0.98的F1分?jǐn)?shù)，而傳統(tǒng)方法則需要5000個(gè)故障樣本才能達(dá)到相同性能，顯著減少了對(duì)故障樣本數(shù)量的需求。在極端情況下（僅10個(gè)故障樣本時(shí)），該模型的F1分?jǐn)?shù)為0.4，漏報(bào)率為0.6，誤報(bào)率為0.0046，可顯示出一定的應(yīng)用魯棒性。綜上所述，因?yàn)樵摲桨改茱@著提升故障檢測(cè)性能，且減少了對(duì)故障樣本數(shù)量的需求，因此為未來(lái)設(shè)計(jì)高效可靠且應(yīng)用成本更低的光模塊故障檢測(cè)系統(tǒng)提供了參考借鑒。



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