光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，龍穎，胡欽政，王壯，楊杰
    2019年11月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光網(wǎng)絡(luò)、調(diào)制格式、激光器、偏振分束器、光學(xué)相控陣列等，筆者將逐一評析。

1. 光網(wǎng)絡(luò)
    湖南師范大學(xué)物理與電子學(xué)院的Ming Chen等研究人員使用80GSa/s數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）產(chǎn)生了凈數(shù)據(jù)速率為121Gb/s、時(shí)鐘泄漏為20GHz的預(yù)均衡16/32 QAM-DMT信號(hào)，并采用兩種簡單的DAC時(shí)鐘泄漏補(bǔ)償（CLC）方法對光學(xué)離散多音（DMT）接收機(jī)進(jìn)行了研究。一種是基于DMT信號(hào)高斯幅度分布的時(shí)域CLC（TD-CLC）方法，該方法已在OMC實(shí)時(shí)DMT接收機(jī)中得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；另一種方法是用于偏移失配補(bǔ)償（OMC）的頻域CLC（FD-CLC）方法。他們在低成本強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測（IM / DD）系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了2km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）上的單波長100 Gbit / s DMT信號(hào)傳輸過程，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。結(jié)果表明，兩種CLC方法具有相似性能，采用這兩種方法的16QAM-DMT信號(hào)經(jīng)過SSMF傳輸2km后，它們的誤碼率（BER）性能可提高約一個(gè)數(shù)量級，且低于3.8e-3；在32QAM應(yīng)用誤碼率為2e-2的情況下，接收機(jī)靈敏度可以提高2dB。此外，使用這兩種CLC方法的BER性能在測量期間具有良好的穩(wěn)定性[1]。

圖1 QAM-DMT信號(hào)收發(fā)實(shí)驗(yàn)裝置

2. 調(diào)制格式
    合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院的Bin Chen等研究人員設(shè)計(jì)了兩種頻譜效率為5.5 bit/4D-sym的8維（8D）新型信號(hào)調(diào)制格式（8D-2048PRS-T1和8D-2048PRS-T2），如圖2所示。這兩種調(diào)制格式通過在兩個(gè)時(shí)隙中選擇具有不同偏振狀態(tài)（SOPs）的符號(hào)來提供更高的非線性容忍度。他們利用有效信噪比（SNR）和歸一化廣義互信息對這些新型8D調(diào)制格式的性能進(jìn)行評估。結(jié)果表明，8D-2048PRS-T1更適合于高SNR的情形，而8D-2048PRS-T2則對非線性的耐受性更強(qiáng)；通過最大化歸一化廣義互信息（NGMI）過程證明了該調(diào)制格式至少有0.25 dB的接收靈敏度改善；對于一個(gè)長距離非線性光纖傳輸系統(tǒng)而言，它具有減小非線性負(fù)面效應(yīng)影響的優(yōu)勢，與時(shí)域混合四維二幅八相移鍵控（TDH-4D-2A8PSK）調(diào)制格式相比，有效接收范圍提高了6.7%（560km）[2]。

圖2 連續(xù)時(shí)隙8D調(diào)制格式的Stokes圖

3. 激光器
    中國科學(xué)院大學(xué)的Dong-Bo Wang等研究人員設(shè)計(jì)了基于磷化銦（InP）的埋入式光柵耦合表面發(fā)射分布式反饋（DFB）激光器（如圖3所示），工作波長為2004nm。該激光器由三個(gè)具有5μm雙通道脊形波導(dǎo)的InGaAsSb/InGaAs 量子阱（QWs）組成，并通過二階半導(dǎo)體/半導(dǎo)體光柵進(jìn)行平面內(nèi)反饋和垂直外耦合制備。它的單縱模發(fā)射波長可以在2002.7~2006nm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，且無任何跳�，F(xiàn)象。在所有注入電流和溫度條件下，該激光器均能達(dá)到至少35dB的高側(cè)模抑制比（SMSR），并且在10℃連續(xù)波（CW）模式下測量時(shí)，它的邊緣輸出功率為19mw，表面發(fā)射的輸出功率為8mw[3]。
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圖3 （a）二階光柵的掃描電鏡圖像；（b）劈裂腔面的光學(xué)顯微鏡圖像；（c）襯底發(fā)射窗口；（d）激光器的三維示意圖

4. 偏振分束器
    北京郵電大學(xué)的Zhuo Cheng等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于氮化硅輔助三波導(dǎo)耦合器的緊湊型寬帶偏振分束器，如圖4所示。他們通過在硅波導(dǎo)上覆蓋一層氮化硅，實(shí)現(xiàn)了滿足TM模式但不滿足TE模式的相位匹配過程。該偏振分束器的設(shè)備長度僅為7μm，并且它在1.5μm~1.6μm的波長范圍內(nèi)具有高消光比（對于TE模式而言大于30 dB，對于TM模式而言大于20 dB），而插入損耗分別小于0.06dB和0.35dB。實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果表明，該偏振分束器具有良好的性能[4]。
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圖4 基于氮化硅輔助三波導(dǎo)耦合器的偏振分束器原理

5. 光學(xué)相控陣列
    韓國大田大學(xué)的Geumbong Kang等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于電光移相器的116硅光學(xué)相控陣列（OPA）（如圖5所示），用以實(shí)現(xiàn)低功耗的高速運(yùn)行。他們使用p-i-n結(jié)構(gòu)造移相器，在i-區(qū)的兩側(cè)分別形成p-和n-摻雜區(qū)，并通過優(yōu)化移相器的i區(qū)域?qū)挾葋頊p弱移相器的功耗和移相器中的傳播損耗；該p-i-n移相器可達(dá)到20MHz的快速工作速度和1.7mW/π的低相位調(diào)諧功率。他們集成2μm間距光柵輻射器的一維光學(xué)相控陣列天線，在1.55μm波長上實(shí)現(xiàn)了45°寬的橫向光束控制范圍，且測量得到1×16 OPA波束形成操作的平均功耗為39.6 mW，轉(zhuǎn)向光束的平均過渡時(shí)間為24 ns。因而，該電光OPA具有低功耗、高速光束轉(zhuǎn)向和寬光束轉(zhuǎn)向范圍的優(yōu)勢，適用于激光雷達(dá)（LiDAR）系統(tǒng)[5]的裝配應(yīng)用。

圖5 （a）光學(xué)相控陣列；（b）電光p-i-n移相器結(jié)構(gòu)圖

參考文獻(xiàn)
[1] Ming Chen; Long Zhang; Ke Bai; Fan Li; et al. 100-Gb/s DMT Transmission for Short-Reach Optical Interconnect with DAC Clock Leakage Compensation [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(22): 1791-1794. 
[2] Bin Chen; Chigo Okonkwo; Hartmut Hafermann; et al. Eight-Dimensional Polarization-Ring-Switching Modulation Formats [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(21): 1717-1720.
[3] Dong-Bo Wang; Jin-Chuan Zhang; Sen-Sen Li; et al. InP-Based Surface-Emitting Distributed Feedback Lasers Operating at 2004 nm [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(21): 1701-1704.
[4] Zhuo Cheng; Jun Wang; Yongqing Huang; et al. Realization of a Compact Broadband Polarization Beam Splitter Using the Three-Waveguide Coupler [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(22): 1807-1810.
[5] Geumbong Kang; Seong-Hwan Kim; Jong-Bum You; et al. Silicon-Based Optical Phased Array Using Electro-Optic p-i-n Phase Shifters [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(21): 1685-1688.