2/25/2022，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，左仁杰，李沖，袁杰，李彥霖，劉栓凡，陳鵬。

2022年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：波束跟蹤技術(shù)、5G前傳系統(tǒng)、光子技術(shù)、光纖環(huán)衰減系統(tǒng)、光纖激光器、微波光子學(xué)等，筆者將逐一評(píng)析。

1、波束跟蹤技術(shù)
香港中文大學(xué)的Yujie Di等研究人員設(shè)計(jì)了一種用于減緩?fù)牧饕�起的�?空光無(wú)線通信（W2A-OWC）信道性能下降的波束跟蹤技術(shù)，并采用電子控制反射式空間光調(diào)制器（SLM）建立了UOWC鏈路，如圖1所示。研究人員通過(guò)控制光束落在雪崩光電二極管（APD）接收器、角錐棱鏡（CCR）、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）反射鏡和PD陣列的中心后，分析了湍流引起的激光束偏轉(zhuǎn)對(duì)OOK、PAM4和PAM6調(diào)制格式的影響。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)中OOK、PAM4和PAM6信號(hào)的最大吞吐量可達(dá)到920Mb/s、1248Mb/s和990Mb/s（分別提高了130%、350%和486%）[1]。該技術(shù)可在全球氣候監(jiān)測(cè)、軍事應(yīng)用和海洋生物學(xué)等相關(guān)研究領(lǐng)域具備潛在應(yīng)用價(jià)值。



2、5G前傳系統(tǒng)
布拉格捷克技術(shù)大學(xué)的J.Bohata等研究人員采用光纖融合自由空間光通信（FSO）技術(shù)設(shè)計(jì)了一種毫米波頻段5G前傳系統(tǒng)（采用10km的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF）、50m的室外FSO和1m的室內(nèi)射頻（RF）鏈路），如圖2所示。研究人員在RF/光前傳系統(tǒng)中成功傳輸了QPSK/400MHz、64-QAM/400MHz和256-QAM/90MHz信號(hào)，并評(píng)估了誤差向量幅度（EVM）和信噪比（SNR）之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，EVM值為4.5、9和18.5%時(shí)，256-QAM、64-QAM和QPSK的最小SBR分別為29、23.5和17.5dB，光插入損耗（IL）裕度分別為10、11和17dB[2]。研究結(jié)果表明：采用較高EVM限（即低信噪比）的低階調(diào)制信號(hào)可以有效提高系統(tǒng)的傳輸性能。因此，該方案在未來(lái)的小型蜂窩網(wǎng)絡(luò)（微微波或毫微波）室內(nèi)通信系統(tǒng)中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。



3、光子技術(shù)
中國(guó)科學(xué)院大學(xué)Xu Hua Cao等研究人員設(shè)計(jì)了一種測(cè)量微波信號(hào)的多普勒頻移（DFS）及到達(dá)角（AOA）的光子學(xué)解決方案，如圖3所示。他們?cè)诎l(fā)射端采用激光二極管（LD）驅(qū)動(dòng)雙偏振馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（DPol-MZM）（由兩個(gè)正交偏振態(tài)單驅(qū)動(dòng)MZM、90°偏振旋轉(zhuǎn)器（PR）和偏振合束器（PBC）組成），并將兩個(gè)天線接收到的回波信號(hào)與參考信號(hào)合并，加載到兩個(gè)子MZM（x-MZM和y-MZM）射頻端口以產(chǎn)生4路載波抑制雙邊帶（CS-DSB）調(diào)制光信號(hào)；同時(shí)在接收端采用偏振控制器（PC）和偏振器（Pol）將光信號(hào)組合成線性偏振態(tài)。其中，微波信號(hào)的DFS通過(guò)低速光電探測(cè)器（PD）拍頻生成的低頻電信號(hào)進(jìn)行測(cè)算，AOA則由下變頻電信號(hào)的峰值功率測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，頻偏為±100kHz的15GHz回波信號(hào)其DFS誤差在±0.5Hz以內(nèi)（同時(shí)可觀察到正、負(fù)DFS）；AOA測(cè)量誤差在±1°以內(nèi)（16°-82°）[3]。毫無(wú)疑問(wèn)，該方案將在智能駕駛、雷達(dá)探測(cè)等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域具有潛在的發(fā)展價(jià)值。



4、光纖環(huán)衰減系統(tǒng)
南京師范大學(xué)的Xiaoyan Wu等研究人員分析了微波光子技術(shù)輔助的光纖環(huán)衰蕩（FLRD）多功能傳感系統(tǒng)，并研究了該系統(tǒng)的溫度和曲率傳感特性，如圖4所示。他們對(duì)微波光子濾波器（MPF）的頻率響應(yīng)實(shí)施傅里葉逆變換（IFFT）獲得了時(shí)域衰蕩曲線，依據(jù)衰蕩曲線評(píng)估溫度和曲率信息[4]。研究結(jié)果表明，在30~70°C感應(yīng)范圍內(nèi)，溫度靈敏度為0.425μs/℃；在0.8696~1.0526cm-1感應(yīng)范圍內(nèi)，曲率靈敏度為0.1553μs/cm-1；與傳統(tǒng)時(shí)域測(cè)量技術(shù)相比，該系統(tǒng)采用頻域微波光子測(cè)量技術(shù)不但降低了光源配置要求，而且具有響應(yīng)速度快、組網(wǎng)方便等應(yīng)用特點(diǎn)。



5、光纖激光器
中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的Jiaqi Zhou等研究人員設(shè)計(jì)了一種新型鎖模摻鉺光纖激光器，如圖5所示。該器件在121.3MHz的重復(fù)頻率下，可實(shí)現(xiàn)0.30nJ脈沖能量、128fs脈沖寬度的自啟動(dòng)、穩(wěn)定的鎖模工作；支持的重復(fù)頻率鎖定在20小時(shí)以上，波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差值為192.5μHz[5]。該器件的結(jié)構(gòu)緊湊且高度可靠，因此能在實(shí)驗(yàn)室之外為下述實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支持（包括雙梳光譜、測(cè)距和頻率校準(zhǔn)等）。



6、微波光子學(xué)
浙江大學(xué)的Chongyin Yi等研究人員采用雙驅(qū)動(dòng)馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器（DDMZM），設(shè)計(jì)了具有抗色散的可切換多格式啁啾波形的微波光子系統(tǒng)方案，如圖6所示；通過(guò)控制調(diào)制器中的偏置電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)上、下或雙啁啾波形之間的切換。在背對(duì)背條件下，以4.5GHz和4.8GHz為中心，實(shí)現(xiàn)了帶寬率為0.4GHz/μs啁啾波形的產(chǎn)生和切換，并提高了輸出信號(hào)的切換速度；研究人員對(duì)生成的4.8GHz信號(hào)經(jīng)色散光纖傳輸進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，證明了色散引起的功率衰落可以被有效消除[6]。由于商用繼電器可以使信號(hào)的切換速度達(dá)到毫秒量級(jí)，因此，方案在采用光纖傳輸信號(hào)的分布式多功能雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)中具有潛在的應(yīng)用前景。



參考文獻(xiàn)：
[1]Y. Di, Y. Shao and L. -K. Chen, "Real-Time Wave Mitigation for Water-Air OWC Systems via Beam Tracking," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 1, pp. 47-50, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3135419.
[2]J. Bohata et al., "Performance Evaluation of Seamless 5G Outdoor RoFSO Transmission at 39 GHz," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 1, pp. 7-10, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3134559.
[3]X. H. Cao, X. J. Fan, G. Y. Li, M. Li, N. H. Zhu and W. Li, "A Filterless Photonic Approach for DFS and AOA Measurement Using a Push-Pull DPol-MZM," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 1, pp. 19-22, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3132423.
[4]Y. Di, Y. Shao and L. -K. Chen, "Real-Time Wave Mitigation for Water-Air OWC Systems via Beam Tracking," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 1, pp. 47-50, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3135419.
[5]X. Wu, Y. Wang, J. Shi and D. Zhu, "A Microwave Photonic-Assisted Fiber Loop Ring Down System with Multi-Sensing Function," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 2, pp. 117-120, 15 Jan.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3140757.