9/30/2025，光纖在線訊，光纖在線特編輯：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，蘭佳，陳國干，崔夢琦，卓智敏，閔哲浩。

        2025年8月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光傳感器、神經網(wǎng)絡均衡器、水下光通信、高維光分析儀、微環(huán)諧振器、自由空間光通信等，筆者將逐一評析。

1、光傳感器
        加拿大麥克馬斯特大學電氣與計算機工程系的Liu Junzhi等研究人員設計了應用單光子雪崩二極管（SPAD）的新型光學傳感器，并將其應用在光無線通信（OWC）通信系統(tǒng)的接收機中，如圖1所示[1]。為減少符號間干擾（ISI）的負面影響，研究人員集成了時鐘驅動（CD）和時間門控（TG）兩類時序控制模式，搭建了開關鍵控（OOK）調制的OWC測試平臺以評估收發(fā)功率、誤碼率（BER），并與仿真實驗結果對比。研究結果表明：4×4 SPAD接收器表現(xiàn)出高靈敏度特性，例如在接收功率為-71dBm和背景光功率為-84dBm的條件下可實現(xiàn)3.8×10?3的低誤碼率。綜上所述：該方案克服了傳統(tǒng)SPAD接收器在低接收功率下受ISI影響信號收發(fā)的問題，可為OWC系統(tǒng)設計高靈敏信號接收方案提供參考。



2、神經網(wǎng)絡均衡器
        瑞典皇家理工學院的Li Dan等研究人員面向強度調制和直接檢測（IM/DD）系統(tǒng)，應用卷積神經網(wǎng)絡-門控循環(huán)單元（CNN-GRU）和雙向長短期記憶網(wǎng)絡（BiL STM）兩種神經網(wǎng)絡均衡器在一定程度上克服了使用環(huán)形諧振器調制器（RRM）帶來的信號非線性損傷，如圖2所示[2]。研究人員采用42 GHz帶寬的RRM（驅動電壓為2.7Vpp）實現(xiàn)了神經網(wǎng)絡均衡過程。研究結表明：該方案實現(xiàn)了最高達256GBaud符號速率開關鍵控調制；當測試信號經由100米單模光纖傳輸后，其比特誤碼率可實現(xiàn)低于7%開銷的硬判前向糾錯閾值。綜上所述，該類神經網(wǎng)絡均衡器的應用可為高符號IM/DD系統(tǒng)有效收發(fā)及傳輸信號提供有力支持。



3、水下光通信
        復旦大學的Zhilan Lu等研究人員針對水下可見光通信（UVLC）面臨的湍流吸收、色散和衰減導致激光光場失真從而降低信號傳輸性能問題，設計了新型水下可見光通信（UVLC）系統(tǒng)，如圖3所示[3]。系統(tǒng)中的光信號采用圓偏振光發(fā)射，并應用含稀疏雙偏振三支路網(wǎng)絡（S-DPTBN）的雙孔徑接收器接收，可分別探測水平和垂直偏振分量以及兩者加權和，提升了系統(tǒng)應用的魯棒性。研究人員還設計了8波長激光發(fā)射模塊，通過波分復用（WDM）提升傳輸容量。研究結果表明：在無湍流、中等湍流和強湍流的情況下，應用該方案可實現(xiàn)144.90Gbps、143.50Gbps和140.70Gbps傳輸速率的信號收發(fā)，相比傳統(tǒng)點對點系統(tǒng)結合深度神經網(wǎng)絡均衡器的方案，傳輸速率分別提升14.00Gbps、14.00Gbps和13.30Gbps。綜上所述，該方案驗證了雙孔徑接收信號和S-DPTBN算法在復雜水下環(huán)境中應用的有效性，可為未來高速水下光通信系統(tǒng)的構建提供參考技術路徑。



4、高維光分析儀
        華中科技大學的Yuxuan Xiong等研究人員針對傳統(tǒng)光譜儀和旋光儀同時測量波長和偏振態(tài)將導致空間、時間效率降低的問題設計了基于多模光纖（MMF）的高維光分析儀，如圖4所示[4]。該裝置能同時高精度測量波長和偏振態(tài)（SOP），解決了傳統(tǒng)光譜儀和偏振儀無法同步測量多參數(shù)的問題。研究人員利用MMF對輸入光的敏感性，通過光纖輸出端的散斑圖案變化反演波長和SOP信息；并引入了纖芯偏移拼接技術以增強模式耦合和靈敏度；且設計了名為WP-Net的神經網(wǎng)絡來實現(xiàn)波長和SOP的同步測量；還通過將光學先驗知識融入損失函數(shù)優(yōu)化了系統(tǒng)接收信號的靈敏度和預測精度。研究結果表明：應用該方案可實現(xiàn)0.045pm波長精度和 0.0088 SOP精度的測量，相比傳統(tǒng)方案分別提升47.06%的波長精度和36.23%的SOP精度。因為構建的該裝置結構緊湊、成本低廉且具備高時空效率，未來有望應用于光通信、光學成像和光電傳感等多領域。



5、微環(huán)諧振器
        英國基爾大學的Sebastian Kühl等研究人員設計了應用于級聯(lián)微環(huán)諧振器的光學儲備計算結構，用于實現(xiàn)短距離收發(fā)PAM-4信號的光學均衡過程，如圖5所示[5]。他們在硅基光子集成電路中引入了兩個級聯(lián)微環(huán)諧振器，并對112GBd符號速率下O波段波分復用傳輸系統(tǒng)進行了數(shù)值模擬仿真研究。在實驗過程中，研究人員進行了基于耦合模理論的非線性建模與參數(shù)優(yōu)化，比較了該結構與傳統(tǒng)前向均衡（FFE）DSP在相同計算復雜度下的性能。研究結果表明：應用該方案能使接收信號的誤碼率降低一個數(shù)量級，可明顯提高信號的色散容限和傳輸距離，同時對接收光功率和制造偏差具有高魯棒性。綜上所述，應用該裝置在降低功耗和計算復雜度的同時可在短距離高速光傳輸系統(tǒng)中實現(xiàn)高效信號均衡過程，展示了其在未來光互連領域中的應用潛力。



6、自由空間光通信
        深圳大學的Ming Zhang等研究人員設計了結合模態(tài)解復用與相干光束合成的新型自由空間光通信系統(tǒng)，用于在大氣湍流環(huán)境中實現(xiàn)穩(wěn)定的衛(wèi)星到地面（及近地）通信過程，如圖6所示[6]。他們采用少模光纖將經大氣湍流影響后的自由空間光信號輸入，通過模態(tài)解復用器將LP01、LP11、LP21和LP02模式分別轉換為單模，且利用含壓電陶瓷控制的光纖型相干合成系統(tǒng)以實現(xiàn)多路信號的相干疊加。研究人員構建1km城市通信鏈路，并在發(fā)射端輸出功率25dBm的光信號，在接收端實現(xiàn)了20Gbps QPSK傳輸信號的有效接收（誤碼率低于10??），且長期運行中無明顯信號衰落或功率波動。研究結果表明：該方案兼具少模光纖高耦合效率與單模光纖高速傳輸優(yōu)勢，相較于自適應光學等抵抗大氣湍流影響具有結構簡單、穩(wěn)定性高和易于建設等應用優(yōu)勢。綜上所述，該方案為復雜大氣環(huán)境下的自由空間光信號高速穩(wěn)定傳輸提供了參考借鑒。



參考文獻：
[1] LIU J, JIANG W, NASROLLAHZADEH Y, et al. A Novel CMOS SPAD Receiver for Optical Wireless Communication[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(19): 9024-9030. DOI:10.1109/JLT.2025.3596057.
[2] LI D, OSADCHUK Y, OSTROVSKIS A, et al. 256 GBaud RRM-Based OOK Link in C-Band Enabled by Neural Network Equalization[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(19): 9148-9156. DOI:10.1109/JLT.2025.3599665.
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[4] XIONG Y, WU H, ZHANG M, et al. Multimode Fiber Based High-Dimensional Light Analyzer[J/OL]. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(16): 7840-7846. DOI:10.1109/JLT.2025.3580158.
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