10/25/2021，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，龍穎，王壯，楊杰，田青，于妮，伊林芳，楊騏銘，
李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡，左仁杰，袁杰。

2021年9月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：FSO/RF系統(tǒng)、短距離有線通信、有源光子器件、多模光纖傳輸鏈路、可見光通信、光子傳感器等，筆者將逐一評析。

1、FSO/RF系統(tǒng)
東北大學(xué)的Song Song等研究人員設(shè)計(jì)了一種混合自由空間光通信/射頻（FSO/RF）系統(tǒng)。該系統(tǒng)由功率控制、鏈路切換和數(shù)據(jù)發(fā)送、信道仿真、接收信號強(qiáng)度指示（RSSI）檢測和數(shù)據(jù)接收五部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。研究人員結(jié)合深度學(xué)習(xí)（DL）提出了一種集成遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）的聯(lián)合智能功率控制和鏈路切換方案。該方案通過比較RSSI值和閾值來調(diào)整發(fā)射功率，并在最大發(fā)射功率RSSI不能滿足FSO鏈路傳輸時(shí)切換RF鏈路。研究表明，該方案顯著提高了FSO鏈路的傳輸信號性能[1]。


2、短距離有線通信
瑞典斯德哥爾摩KTH皇家理工學(xué)院的Xiaodan Pang等研究人員在強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測（IM/DD）系統(tǒng)中通過數(shù)值仿真研究了單信道速率200Gbps的光通信系統(tǒng)的傳輸性能，以提升短距離光通信的傳輸速度及應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量；短距離光通信系統(tǒng)應(yīng)用場景如圖2所示。研究人員在線性色散光纖鏈路中，通過配置帶寬分別為半符號率和四分之一符號率，比較了傳輸224Gbaud非歸零碼（NRZ）開關(guān)鍵控（OOK）信號和112Gbaud PAM4信號的色散容限；他們還在接收端進(jìn)行全響應(yīng)符號和部分響應(yīng)雙二進(jìn)制（DB）符號電平均衡[2]。研究表明，經(jīng)過上述處理NRZ和PAM4信號在DB符號電平均衡過程后具有較高的信道色散容限度。


3、有源光子器件
德國基爾大學(xué)的Shi Li等研究人員采用密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在100公里無補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）上傳輸56GBuad/s PAM4 信號的方案，如圖3（a）所示。該系統(tǒng)采用有源硅微環(huán)諧振器（MRR）作為光子集成電路（PIC）的光子儲層計(jì)算（RC）信號處理器件，可補(bǔ)償光傳輸過程中出現(xiàn)的色散和非線性效應(yīng)等傳輸損傷，如圖3（b）所示。研究人員比較了RC和Kramers-Kronig數(shù)字信號處理失真PAM4信號的性能[3]。結(jié)果表明，RC支持恢復(fù)出在硬判決前向糾錯(cuò)（HD-FEC）誤碼率（BER）小于3.8×10-3下的閾值失真信號；MRR作為PIC存儲器件能顯著提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性，還支持把計(jì)算密集型的數(shù)字信號處理部分轉(zhuǎn)移到光學(xué)領(lǐng)域中實(shí)施。


4、多模光纖傳輸鏈路
深圳華為技術(shù)有限公司網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的Tianjian Zuo等研究人員采用850nm垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL），演示了200Gbit/s PAM4信號在100m OM4多模光纖（MMF）上傳輸?shù)姆桨福�如圖4所示。研究人員在數(shù)字信號處理（DSP）過程中結(jié)合了噪聲消除算法、部分響應(yīng)信號處理以及簡化的Volterra非線性均衡器（NLE），在一定程度上克服了帶寬受限引起的碼間串?dāng)_（ISI）和補(bǔ)償光學(xué)引起的非線性負(fù)面效應(yīng)。結(jié)果表明，50m MMF的傳輸功率裕度約為4dB，100m MMF的傳輸功率裕度約為3dB；通過噪聲消除，實(shí)現(xiàn)了2.5dB的功率裕度提升，使用簡化的Volterra-NLE使誤碼率從2×10-2提高到1.1×10−3[4]。


5、可見光通信
土耳其伊斯坦布爾齊津大學(xué)的R.Kisacik等研究人員在可見光通信（VLC）系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一種新型的LED頻率響應(yīng)模型（具有一個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)），基于該模型研究了均衡器方案，并測試了開關(guān)鍵控（OOK）調(diào)制的預(yù)均衡過程。結(jié)果表明，該方案在1.5米距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)180Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，有效將整個(gè)系統(tǒng)帶寬從1.5MHz擴(kuò)展到100MHz，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示[5]。研究證明，聯(lián)動該模型支持的傳輸函數(shù)具有更高階極點(diǎn)和零點(diǎn)。


6、光子傳感器
廣東工業(yè)大學(xué)物理與光電工程學(xué)院的Jiongshen Pan等研究人員采用Mach-Zehnder干涉儀和Lyot濾光器設(shè)計(jì)了一種高雙折射（Hi-Bi）微纖混合干涉儀，支持折射率和溫度的高靈敏度測量，如圖6（a）所示；保偏PANDA光纖截面的掃描電子顯微鏡（SEM）成像如圖6（b）所示，所制備器件的光學(xué)顯微圖像如圖3（c）所示。研究人員通過在Lyot濾光器中插入一段非絕熱錐形保偏微纖實(shí)現(xiàn)了高雙折射和多模干涉過程，獲得了與偏振干涉（PI）和模態(tài)干涉（MI）相對應(yīng)的光譜包絡(luò)和細(xì)條紋混合干涉譜，并使用光譜解調(diào)和空間頻域分析對雙干涉系統(tǒng)的響應(yīng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[6]。研究表明，兩種干涉進(jìn)行后的折射率靈敏度分別為1150.0nm/RIU、1779.8nm/RIU，溫度靈敏度分別為190pm/C、12.7pm/C。該混合干涉儀具有操作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊等應(yīng)用優(yōu)勢。


參考文獻(xiàn)
[1]  S. Song, Y. Liu, T. Xu and L. Guo, "Hybrid FSO/RF System Using Intelligent Power Control and Link Switching," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 18, pp. 1018-1021, 15 Sept.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3076467.
[2]  X. Pang et al., "Short Reach Communication Technologies for Client-Side Optics Beyond 400 Gbps," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 18, pp. 1046-1049, 15 Sept.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3078255.
[3]  S. Li, S. Dev, S. Kühl, K. Jamshidi and S. Pachnicke, "Micro-Ring Resonator Based Photonic Reservoir Computing for PAM Equalization," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 18, pp. 978-981, 15 Sept.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3087323.
[4]  T. Zuo, T. Zhang, S. Zhang and L. Liu, "850-nm VCSEL-Based Single-Lane 200-Gbps PAM-4 Transmission for Datacenter Intra-Connections," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 18, pp. 1042-1045, 15 Sept.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3076828.
[5]  R. Kisacik, M. Y. Yagan, M. Uysal, A. E. Pusane and A. D. Yalcinkaya, "A New LED Response Model and its Application to Pre-Equalization in VLC Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 17, pp. 955-958, 1 Sept.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3100924.
[6]  J. Pan, T. Huang, Y. Ge, W. Lin and L. -P. Sun, "Highly Birefringent Microfiber Hybrid Interferometer Sensor," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 17, pp. 959-962, 1 Sept.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3100366.