11/29/2021，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，于妮，田青，伊林芳，楊騏銘。

2021年10月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：可見光通信系統(tǒng)、光子集成技術(shù)、調(diào)制器、光纖傳感器、無源光網(wǎng)絡(luò)、光纖無線系統(tǒng)等，筆者將逐一評析。

1、可見光通信系統(tǒng)
重慶大學的Chen Chen等研究人員設(shè)計了一種面向可見光通信（VLC）系統(tǒng)的分布式數(shù)字預均衡（DPE）方案；該方案融合了集中式數(shù)字預均衡（DPE）和自適應(yīng)比特功率加載技術(shù)，有效緩解了發(fā)光二極管（LED）非線性對系統(tǒng)帶來的負面影響，如圖1所示。研究人員在DPE VLC系統(tǒng)（帶寬-3dB、頻率86MHz）中，將OFDM信號的子載波分成帶寬和功率可靈活調(diào)節(jié)的兩個頻段，實現(xiàn)了高達976.6Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，相比集中式DPE提高了25%[1]。研究表明，分布式DPE技術(shù)支持依據(jù)VLC系統(tǒng)的頻率響應(yīng)對系統(tǒng)進行優(yōu)化，可最大化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。



2、光子集成技術(shù)
印度理工學院的Ritesh Kumar等研究人員設(shè)計了基于光子集成技術(shù)產(chǎn)生奇次諧波的信號調(diào)制系統(tǒng)；該系統(tǒng)包含級聯(lián)的兩個馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）、超結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵（FBG）和一個相干外差檢測功率合成器，原理如圖2所示。研究人員通過改變調(diào)諧激光光源波長和射頻（RF）信號功率，使得調(diào)制后的光信號進入超結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵（SFBG）產(chǎn)生的一個反射光譜波段內(nèi)，實現(xiàn)了10GHz RF的三倍頻和五倍頻[2]。研究證明，該系統(tǒng)支持的波長可調(diào)諧性具有一定的潛在應(yīng)用價值。



3、調(diào)制器
中國科學院大學的Xingrui Huang等研究人員采用富硅氮化物和薄膜鈮酸鋰（SRN-TFLN）設(shè)計了慢光馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM），如圖3所示。研究人員采用兩個3dB多模干擾（MMI）器件（寬度和長度分別為8μm和45.5μm）作為分路器和合路器；采用兩個800μm長的布拉格光柵作為移相器。研究表明：該器件支持實現(xiàn)60Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率且只存在1.9dB的插入損耗。在小信號調(diào)制下，線寬的增強因子可達5.47；在大信號調(diào)制下，調(diào)制效率可提升到0.67V.cm，這是目前鈮酸鋰絕緣體（LNOI）MZM中可達到的最高調(diào)制效率[3]。該類慢光調(diào)制MZM具有集成度高、傳輸功耗低等應(yīng)用優(yōu)勢，將為光學生物傳感領(lǐng)域提供相關(guān)技術(shù)支持。



4、光纖傳感器
東莞理工大學的Boyao Li等研究人員設(shè)計了新型三芯微結(jié)構(gòu)光纖（TMOF）與單模光纖（SMFs）的拼接方案，并對其彎曲和溫度特性進行了研究，如圖4（a）所示；TMOF的掃描電鏡圖如圖4（b）所示。研究表明，TMOF中三芯間串擾較小且有效折射率不同，可實現(xiàn)多光束干涉；TMOF的透射譜支持記錄彎曲響應(yīng)，且干涉信噪比高于其他多模干涉器件；TMOF能有效地抑制溫度負面影響[4]。上述優(yōu)良傳感特性表明，TMOF與SMFs的拼接方案在彎曲和應(yīng)變傳感器、集成馬赫-曾德爾設(shè)備（Mach-Zehnder）器件和不同溫度下多參數(shù)傳感測量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。



5、無源光網(wǎng)絡(luò)
香港中文大學的Zhouyi Hu等研究人員設(shè)計了一種新型加密方案，該方案采用非正交矩陣預編碼（NOM-p）來提升正交頻分復用無源光網(wǎng)絡(luò)（OFDM-PON）的安全性。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)掩蔽技術(shù)，該方案未采用正交性原則，而采用混沌非正交矩陣（CNOM）動態(tài)擾亂正交頻分復用（OFDM）信號中的子載波數(shù)，同時保持相同帶寬以欺騙可能潛在的竊聽裝置�；�于CNOM加密的安全PON結(jié)構(gòu)如圖5所示。研究人員采用比Nyquist（FTN）更快的信令和冗余預編碼增加密鑰空間并控制總體數(shù)據(jù)傳輸速率；通過對CNOM的加密進行可行性驗證。研究表明，該方案在保證數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)耐瑫r，產(chǎn)生了額外編碼增益[5]。毫無疑問，CNOM加密技術(shù)在未來高安全性、高速率PON應(yīng)用中具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?



6、光纖無線系統(tǒng)
日本東京國立信息通信技術(shù)研究所的Pham Tien Dat等研究人員設(shè)計了一種W波段的新型光纖無線系統(tǒng)，其實驗裝置以及不同測試位置的光譜如圖6所示。該系統(tǒng)采用相位調(diào)制器和自零差檢測器（SHD）作為發(fā)射機和接收機，以避免偏置漂移的負面影響，并支持將接收到的信號轉(zhuǎn)換到微波波段。研究人員采用新型的高輸出光電（O/R）轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生無線電信號，有助于簡化天線場并減少其占地空間；他們成功傳輸了帶寬高達4GHz的QAM-OFDM信號，并在無線接收機中使用包絡(luò)檢測器（ED）評估和比較了收發(fā)信號性能[6]。研究表明，SHD可以提供比ED更好的檢測性能。綜上所述，該系統(tǒng)在未來移動網(wǎng)絡(luò)中能為部署高頻段無縫接入業(yè)務(wù)提供便利。



[1]Chen C, Nie Y, Liu M, et al. Digital pre-equalization for OFDM-based VLC systems: Centralized or distributed[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(19): 1081-1084.
[2]Kumar R, Raghuwanshi S K. Wavelength Dependent Odd Frequency Multiplication Based on a Superstructure FBG[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(19): 1101-1104.
[3]Huang X, Liu Y, Guan H, et al. High-Efficiency, Slow-Light Modulator on Hybrid Thin-Film Lithium Niobate Platform[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(19): 1093-1096.
[4]B. Li, J. Gu, G. Zhou and J. Sun, "Novel Microstructured Optical Fiber Sensor Based on Multi-Beam Interference," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 20, pp. 1115-1118, 15 Oct.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3108153.
[5]Z. Hu, P. Song and C. -K. Chan, "Chaotic Non-Orthogonal Matrix-Based Encryption for Secure OFDM-PONs," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 20, pp. 1127-1130, 15 Oct.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3109029.
[6]P. T. Dat, T. Umezawa, A. Kanno, N. Yamamoto and T. Kawanishi, "Seamless Fiber–Wireless System in W-Band Using Optical Phase Modulation and Self-Homodyne Receiver," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 20, pp. 1159-1162, 15 Oct.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3110258.