光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊杰，伊林芳，田青，楊騏銘，于妮

8/09/2021，光纖在線訊，2021年5月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：直接檢測傳輸系統(tǒng)、光子輔助微波信號生成技術(shù)、光纖激光器、雙模開關(guān)和功率分配器等，筆者將逐一評析。

1、直接檢測系統(tǒng)

澳大利亞墨爾本大學(xué)的Zhaopeng Xu等研究人員設(shè)計(jì)了一種用于處理短距離直接檢測（DD）光鏈路中線性和非線性損傷的新型數(shù)字信號處理（DSP）方案；該方案由級聯(lián)前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FNN）/級聯(lián)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）的均衡器、前饋均衡器（FFE）和傳統(tǒng)非級聯(lián)FNN/RNN均衡器組合而成。研究人員采用50 Gb/s 4電平脈沖幅度調(diào)制（PAM4）信號直接調(diào)制激光器（DML）并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，比較了采用的不同DSP 算法后的誤碼率（BER）性能，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)非級聯(lián) FNN/RNN方案相比，應(yīng)用級聯(lián)FNN/RNN和FNN/RNN-FFE方案都有助于降低誤碼率，并且級聯(lián)FNN/RNN的方案效果最優(yōu)（接收器靈敏度提高了約1 dB[1]）。



圖1 50 Gb/s PAM4 DML光傳輸實(shí)驗(yàn)裝置

2、光子輔助微波信號生成技術(shù)

中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的Yana Li等研究人員設(shè)計(jì)了一種采用相位編碼的光子輔助微波信號生成方案。該方案基于傅立葉域鎖模（FDML）光電振蕩器（OEO）的兩個(gè)級聯(lián)相位調(diào)制器（PM）生了成二進(jìn)制相位編碼微波信號，第一個(gè)PM依據(jù)電編碼信號調(diào)制光載波的相位，第二個(gè)PM級聯(lián)相移光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制到強(qiáng)度調(diào)制的轉(zhuǎn)換，原理如圖2所示。當(dāng)電編碼信號的周期或其倍數(shù)與OEO的往返工作時(shí)間相匹配時(shí)，能產(chǎn)生基于相位編碼的微波信號。研究人員對該系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，生成了比特率為420Mb/s且中心頻率為9.3GHz、比特率為2Gb/s且中心頻率為12.7GHz的兩類相位編碼微波信號[2]。

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圖2 光子輔助微波信號生成的系統(tǒng)

3、光纖激光器

四川大學(xué)的Liqiang Zhou等研究人員采用Ti3C2Tx MXene作為可飽和吸收體 （SA）在3μm波段設(shè)計(jì)了一種高重復(fù)頻率波長可調(diào)的被動(dòng)調(diào)Q氟化物光纖激光器。其中，Ti3C2Tx MXene由選擇性蝕刻Ti3AlC2中的鋁層合成，并通過在鏡片上浸涂納米片來制備Ti3C2Tx SA。研究人員通過將Ti3C2Tx SA引入摻Ho3+/Pr3+氟化物的光纖中，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)調(diào)諧范圍為30.8nm（2868.4 nm-2899.2 nm）的穩(wěn)定調(diào)Q脈沖，裝置如圖3所示。研究表明，該激光器重復(fù)頻率高達(dá)215.3kHz，脈沖寬度為1.27 μs，在2879.0 nm波長下輸出功率為142mW；在2866nm處，Ti3C2Tx SA的調(diào)制深度為43.10%，非飽和損耗為25.16%，飽和通量為0.50mJ/cm2；Ti3C2Tx SA作為一種出色的中紅外脈沖光調(diào)制器具有巨大的應(yīng)用潛力[3]。



圖3 穩(wěn)定調(diào)Q脈沖實(shí)驗(yàn)裝置

4、雙模開關(guān)

上海交通大學(xué)的Weihong Shen等研究人員采用三波導(dǎo)耦合器和兩個(gè)熱移相器設(shè)計(jì)了一種雙模開關(guān)。該開關(guān)由雙模波導(dǎo)Y結(jié)和兩個(gè)三波導(dǎo)耦合器（TWC0和 TWC1）構(gòu)成，雙模波導(dǎo)Y結(jié)將TE0/TE1模式分離為兩個(gè)強(qiáng)度相等的單模部分，TWC由三個(gè)間距相等的平行波導(dǎo)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。研究人員建立了一個(gè)2μm的高速傳輸系統(tǒng)，使用兩個(gè)熱光移相器來切換工作模式，在1960nm處改善了36.9dB的非期望模式串?dāng)_，實(shí)現(xiàn)了2×60Gbps信號的高速傳輸。研究表明，該雙模開關(guān)響應(yīng)時(shí)間匹配信號上升沿和下降沿時(shí)間分別為9.2μs和13.2μs，在1960nm處插入損耗小于2.6dB，模間串?dāng)_小于20dB，工作寬帶超過了100nm[4]。



圖4 雙模開關(guān)結(jié)構(gòu)原理

5、功率分配器

浙江大學(xué)的Shi Zhao等研究人員設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)任意功率分配比可調(diào)的1×2功率分配器（PS）。該分配器由兩個(gè)耦合部分和一個(gè)梯形結(jié)構(gòu)組成，可以在大于80nm的帶寬上獲得任意功率分配比，結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。研究人員采用三維時(shí)域有限差分法（3D-FDTD）對該器件進(jìn)行了仿真和優(yōu)化，通過在兩個(gè)內(nèi)側(cè)壁中使用亞波長納米齒（SNT）和在一個(gè)外側(cè)壁中間使用梯形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了緊湊面積和大帶寬應(yīng)用。研究表明，該功率分配器具分光比穩(wěn)定性較好，在50:50到100:0范圍內(nèi)可以獲得任意所需功率分配比，并且在1500 nm到1620 nm的帶寬內(nèi)，其過量損耗（EL）值小于0.13dB[5]。



圖5 新型功率分配器的結(jié)構(gòu)原理

參考文獻(xiàn)

[1]      Z. Xu, C. Sun, J. H. Manton and W. Shieh, "Joint Equalization of Linear and Nonlinear Impairments for PAM4 Short-Reach Direct 
Detection Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 9, pp. 425-428, 1 May1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3067666.

[2]      Y. Li et al., "Photonic Generation of Phase-Coded Microwave Signals Based on Fourier Domain Mode Locking," in IEEE 
Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 9, pp. 433-436, 1 May1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3068013.

[3]      L. Zhou et al., "Ti3C2Tx Nanosheets for High-Repetition-Rate Wideband-Tunable Q-Switched Fiber Laser Around 3 μm," in
 IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 10, pp. 515-518, 15 May15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3072651.

[4]      W. Shen, J. Du, K. Xu and Z. He, "On-Chip Selective Dual-Mode Switch for 2-μm Wavelength High-Speed Optical Interconnection," 
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 10, pp. 483-486, 15 May15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3069450.

[5]      S. Zhao, W. Liu, J. Chen, Z. Ding and Y. Shi, "Broadband Arbitrary Ratio Power Splitters Based on Directional Couplers With 
Subwavelength Structure," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 10, pp. 479-482, 15 May15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3070464.