光纖在線特邀編輯：邵宇豐，龍穎，胡欽政，王壯，楊杰
2019年8月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：無線光傳輸系統(tǒng)，光纖傳感技術(shù)，光濾波器，光網(wǎng)絡(luò)以及光纖輔助無線通信等。筆者將逐一評析。
1. 無線光傳輸系統(tǒng)
埃因霍溫科技大學(xué)的Xuebing Zhang等科研人員設(shè)計(jì)了一種基于陣列波導(dǎo)光柵路由器（AWGR）的室內(nèi)二維紅外波束控制光無線通信（OWC）系統(tǒng)的串?dāng)_緩解傳輸方案。通過在奇數(shù)和偶數(shù)AWGR信道之間創(chuàng)建極化正交性，實(shí)現(xiàn)頻譜重疊的AWGR信道之間的高串?dāng)_容限。由于具有正交偏振態(tài)的兩個(gè)信號在光電二極管中不會相互影響，正交偏振態(tài)上的光學(xué)串?dāng)_在檢測時(shí)不會產(chǎn)生拍頻，因此可以大大減少電域中的串?dāng)_效應(yīng)；減少的串?dāng)_可使得所需的保護(hù)頻帶減少（提高了對頻譜重疊的容忍度），從而使系統(tǒng)具有更高的頻譜效率。此外，通過縮短芯片上相鄰輸出波導(dǎo)之間的空間間隙，可以增加AWGR的端口數(shù)量。該技術(shù)對于AWGR和激光器之間的波長失調(diào)具有更好的包容性，因此可以降低串?dāng)_AWGR和高波長穩(wěn)定激光器的設(shè)計(jì)難度。科研人員設(shè)計(jì)了一個(gè)基于四級脈沖調(diào)制（4-PAM）的OWC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，信號傳輸速率可達(dá)到20 Gbit/s，傳輸距離為1.2 m[1]。


圖1 基于AWGR的二維紅外波束控制無串?dāng)_傳輸方案的工作原理；（a）PBC偶數(shù)通道的輸入光譜；（b）PBC奇數(shù)通道的輸入光譜；（c）PBC后的組合光譜；（d）-（e）通道n和n + 1的光譜；（f）- g）檢測到的電譜

2. 光纖傳感技術(shù)
為實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)變測量范圍，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的Shiyuan Zhao等科研人員設(shè)計(jì)了一個(gè)基于光頻域反射儀的傳感系統(tǒng)，演示了光譜配準(zhǔn)和空間校準(zhǔn)等功能，并分別在動(dòng)和靜態(tài)測量的情況下分析了該方案的可行性�？蒲腥藛T展示了光譜配準(zhǔn)解調(diào)應(yīng)變值，不僅使數(shù)據(jù)采集速率提高了數(shù)十倍，還保持了較高的測量范圍，測量速率達(dá)到了800 Hz；他們分析了大應(yīng)變測量過程的難度，并設(shè)計(jì)了一種光譜校準(zhǔn)和空間校準(zhǔn)相結(jié)合的方法，可減少應(yīng)變變化較大時(shí)的失配。為保持較高的空間分辨率，科研人員還設(shè)計(jì)了一種提取局部測量譜段進(jìn)行光譜校準(zhǔn)的方法，可以實(shí)現(xiàn)精確解調(diào)過程，標(biāo)距長度為5 mm；他們還在加速解調(diào)過程的圖形處理單元應(yīng)用中提高了數(shù)據(jù)處理速率，使得該技術(shù)將更有希望在實(shí)際生活中得以應(yīng)用[2]。


圖2 （a）實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)變測量的OFDR系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置

3. 光濾波器
加拿大勞里埃大學(xué)的Li Wei等科研人員設(shè)計(jì)了一種全光纖波長連續(xù)可調(diào)的平頂梳狀濾波器。該梳狀濾波器采用雙通馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）結(jié)構(gòu)，內(nèi)置兩個(gè)耦合器和一個(gè)偏振控制器（PC）。科研人員展示了無PC的雙通MZI設(shè)計(jì)過程，以獲得耦合器的最優(yōu)耦合比；然后分析了耦合比對梳狀濾波光譜的影響。在該梳狀濾波器中，第二耦合器設(shè)置為3 dB耦合器以形成與PC同步插入的光纖環(huán)路。在PC協(xié)助下，光纖環(huán)鏡（FLM）為雙通道結(jié)構(gòu)提供可變反饋過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)梳狀濾波器的頻譜響應(yīng)平坦化和波長可調(diào)特性。仿真結(jié)果表明，通過改變PC狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的平頂光譜；并且借助可旋轉(zhuǎn)的偏振器能在自由光譜范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)平頂光譜。獨(dú)特的調(diào)諧特性使得該濾波器成為密集可重配波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的理想選擇器件[3]。


圖3 雙通MZI梳狀濾波器的配置方案

4. 光網(wǎng)絡(luò)
韓國漢陽大學(xué)的Jin Seek Choi等科研人員對軟件定義的光傳輸網(wǎng)絡(luò)（SD-OTN）的分層域間配置（HIP）框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了性能和可擴(kuò)展性分析，以降低底層OTN的域間路由和波長分配（RWA）過程的復(fù)雜度�？蒲腥藛T通過實(shí)驗(yàn)測試平臺搭建了HIP架構(gòu)，確保在分層控制平面架構(gòu)中無縫集成多個(gè)OTN的過程，并研究了基于封閉排隊(duì)模型的吞吐量、延遲時(shí)間和功率度量等問題。研究結(jié)果表明，HIP架構(gòu)顯著提高了大規(guī)模OTN配置時(shí)延和吞吐量方面的性能。盡管阻塞概率具有邊際效益，但該架構(gòu)通過在多域SD-OTN使用三層控制平面體系結(jié)構(gòu)，將可擴(kuò)展性提高了24000倍[4]。


圖4 SD-OTN的分層域間配置

5. 光纖輔助無線通信
第五代移動(dòng)通信（5G）移動(dòng)前傳（MFH）網(wǎng)絡(luò)將需要高帶寬和低延遲的數(shù)據(jù)傳輸過程。光載無線通信（RoF）技術(shù)作為一種節(jié)省帶寬的有效方法，可以顯著提高光纖通信的傳輸容量。華中科技大學(xué)的Yao Zhu等科研人員使用直接調(diào)制的三段分布式布拉格反射（3s-DBR）激光器演示了基于波分復(fù)用（WDM）的移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)。為了傳輸多輸入多輸出（MIMO）的光載無線傳輸，采用了12個(gè)具有20 MHz保護(hù)頻帶的211 MHz帶寬濾波過程生成了正交頻分復(fù)用（OFDM）信號，并分別采用16QAM和64QAM調(diào)制生成的OFDM信號在20 km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）信道上完成了傳輸實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，當(dāng)傳輸16QAM-OFDM信號時(shí)，12個(gè)信道都能滿足3GPP標(biāo)準(zhǔn)的誤差矢量幅度要求；而對于64QAM-OFDM信號，由于激光啁啾和光纖色散引起的信號衰減，無法保證在12信道中達(dá)到接收靈敏度要求[5]。


圖5 基于WDM-PON網(wǎng)絡(luò)的MFH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

參考文獻(xiàn)：
[1]. Xuebing Zhang, Chao Li. “Crosstalk-Mitigated AWGR-Based Two-Dimensional IR Beam-Steered Indoor Optical Wireless Communication System With a High Spatial Resolution”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 15, pp. 3713–3720, August 1, 2019.
[2]. Shiyuan Zhao, Jiwen Cui.  “Performance Investigation of OFDR Sensing System With a Wide Strain Measurement Range”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 15, pp. 3721–3727, August 1, 2019.
[3]. Li Wei, Gerard Tatel, “Wavelength Continuously Tunable All-Fiber Flat-Top Comb Filter Based on a Dual-Pass Mach–Zehnder Interferometer”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 15, pp. 3740–3749, August 1, 2019.
[4]. Jin Seek Choi, Se Joon Chun, “Performance Analysis of a Hierarchical Inter-Domain Provisioning Framework for Multi-Domain Software-Defined Optical Transport Networks”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 15, pp. 3834–3843, August 1, 2019.
[5]. Yao Zhu, Yuze Wu, “Experimental Demonstration of a WDM-RoF Based Mobile Fronthaul With f-OFDM Signals by Using Directly Modulated 3s-DBR Laser”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 16, pp. 3875–3881, July 15, 2019.