12/21/2021，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，于妮，田青，伊林芳，楊騏銘，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡，左仁杰，袁杰。

2021年11月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：相干光收發(fā)、光電振蕩器、模擬噪聲加密系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、模分復(fù)用、半導(dǎo)體光放大器等，筆者將逐一評(píng)析。

1、相干光收發(fā)
日本香川大學(xué)的Takahiro Kodama等研究人員設(shè)計(jì)了一種奈奎斯特（N）-波分復(fù)用（WDM）相干光收發(fā)機(jī)，他們采用了符號(hào)速率自適應(yīng)和防護(hù)頻帶技術(shù)，在光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光線路終端（OLT）中采用非對稱帶寬（BW）發(fā)送和接收以奈奎斯特間隔排列的WDM信號(hào)，如圖1所示。研究人員在全雙工光纖鏈路中采用同相正交調(diào)制器（IQM）和相干收發(fā)機(jī)成功傳輸了2SB×12.5Gsymbol/s/SB雙極性正交相移鍵控（DP-QPSK）和4SB×6.25Gsymbol/SB DP-QPSK信號(hào)[1]。研究表明，該方案在多路復(fù)用光傳輸中具有潛在應(yīng)用價(jià)值。



2、光電振蕩器
南昌大學(xué)的Kai Tu等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于光電振蕩的高溫實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，主要應(yīng)用了相移光纖布拉格光柵（PS-FBG）、可調(diào)諧激光器、光電探測器和電光調(diào)制器；其中，PS-FBG采用陶瓷封裝并利用窄帶特性產(chǎn)生了光電振蕩信號(hào)，如圖2所示。研究人員在490℃~495℃溫度范圍內(nèi)測得PS-FBG反射光譜對溫度響應(yīng)為10.17pm/℃；光電振蕩器的振動(dòng)頻率對溫度響應(yīng)為-1.24GHz/℃是PS-FSG對溫度響應(yīng)的125倍[2]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)在金屬冶煉、化學(xué)和制藥工程等高溫實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。



3、模擬噪聲加密系統(tǒng)
上海交通大學(xué)的Lizhuo Zheng等研究人員設(shè)計(jì)了一種面向光學(xué)模擬噪聲加密系統(tǒng)的自適應(yīng)密鑰方案（在數(shù)據(jù)傳輸前通過發(fā)送端和接收端對兩組數(shù)據(jù)和模擬噪聲進(jìn)行存儲(chǔ)和一次預(yù)共享）；其中，發(fā)射端采用一個(gè)雙驅(qū)動(dòng)馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）實(shí)現(xiàn)模擬噪聲加密和數(shù)據(jù)調(diào)制；接收端采用電吸收調(diào)制激光器實(shí)現(xiàn)解密和數(shù)據(jù)解調(diào)，如圖3所示。研究人員采用3.5GHz模擬噪聲、正三角（RT）自適應(yīng)算法和兩個(gè)正交密鑰成功實(shí)現(xiàn)了10Gbps 16QAM-OFDM信號(hào)的加密、傳輸和解密[3]。結(jié)果證明，該方案提升了光學(xué)模擬噪聲加密系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性和安全性。



4、數(shù)字信號(hào)處理
法國諾基亞—貝爾實(shí)驗(yàn)室的A. May等研究人員基于光纖縱向功率剖面評(píng)估技術(shù)，設(shè)計(jì)了估算異常功率損失幅度的方案，并利用校準(zhǔn)過程實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)鏈路的實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖4所示。研究表明，當(dāng)異常位于距跨度起點(diǎn)0km處時(shí)，估計(jì)偏差小于0.2dB，損耗值為10dB；當(dāng)異常位于距跨度起點(diǎn)25km處時(shí)，觀測到同樣的估計(jì)偏差，損耗值為5dB；兩種情況下估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差都小于0.2dB[4]。上述結(jié)果證明，該方案具有較好的估計(jì)精度，可用于波分復(fù)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。



5、模分復(fù)用
美國康寧公司的Kangmei Li等研究人員設(shè)計(jì)了一種小成本、低功耗的模分復(fù)用（MDM）系統(tǒng)；其中，采用了850nm單模（SM）垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）作激光源，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上的傳輸，如圖5所示。研究人員將標(biāo)準(zhǔn)單模光纖作為少模傳輸光纖（FMF），對基于模式選擇耦合器（MSC）的復(fù)用器（Mux）和解復(fù)用器（DeMux）進(jìn)行了詳細(xì)描述。研究結(jié)果表明，在25Gb/s MDM系統(tǒng)中的1km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸信號(hào)無誤碼，且Mux和DeMux的插入損耗和串?dāng)_較低[5]。因此，采用VCSEL和標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的上述方案能為數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的MDM系統(tǒng)提供性價(jià)比較高的傳輸解決方案。



6、半導(dǎo)體光放大器
希臘塞薩洛尼基亞里士多德大學(xué)的T.Moschos等研究人員采用兩個(gè)具有交叉增益調(diào)制效應(yīng)的半導(dǎo)體光放大器（SOA-XGM），設(shè)計(jì)了一種全光雙穩(wěn)態(tài)單片集成波導(dǎo)存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了5Gb/s光信號(hào)的存儲(chǔ)操作和波長切換操作，如圖6所示。測試結(jié)果表明，進(jìn)行信號(hào)存儲(chǔ)操作時(shí)消光比為6dB，誤碼率損耗為4.6dB；進(jìn)行波長切換操作時(shí)，誤碼率值為10-9，存在3.5dB功率損耗[6]。與馬赫-曾德爾干涉儀（SOA-MZI）置/復(fù)位觸發(fā)器（SR-FF）混合架構(gòu)方案相比，該光子存儲(chǔ)器空間配置占用體積小，能為全光信息處理架構(gòu)提供信號(hào)處理快速可靠的磷化銦（InP）波導(dǎo)存儲(chǔ)解決方案。



參考文獻(xiàn)
[1]Kodama T, Shimada K, Matsumoto R, et al. Frequency-Packed Multiband-Coherent Transceiver With Symbol Rate-Adaptive Nyquist WDM Signals[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1205-1208.
[2]Tu K, Xie Z, Zeng W, et al. High Temperature Accurate Monitoring Based on Phase-Shifting Grating and Photoelectric Oscillation[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1169-1172.
[3]Zheng L, Zhang Z, Fok M P, et al. Optical Analog Noise Encryption With Adaptive Recovery of Two-Dimensional Keys[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1185-1188.
[4]May, F. Boitier, E. Awwad, P. Ramantanis, M. Lonardi and P. Ciblat, "Receiver-Based Experimental Estimation of Power Losses in Optical Networks," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1238-1241, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3115627.
[5]K. Li et al., “Mode Division Multiplexed 850-nm Single-Mode VCSEL Transmission Using Standard Single-Mode Fiber,” in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1231-1234, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3114397.
[6]T. Moschos et al., "Monolithically Integrated InP Bistable Photonic Waveguide Memory," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1274-1277, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3117143.