5/16/2022，光纖在線訊，光線在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，田青，于妮，楊騏銘，伊林芳，李彥霖，袁杰，李沖，左仁杰，陳鵬，劉栓凡。

2022年4月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：深度學(xué)習(xí)、帶通濾波器、微波光子學(xué)、自由空間光通信系統(tǒng)、長周期光纖光柵、多光譜顯微成像系統(tǒng)等，筆者將逐一評析。

1、深度學(xué)習(xí)
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Bertold Ian Bitachon等研究人員針對基于深度學(xué)習(xí)的數(shù)字反向傳播（DL-DBP）算法，設(shè)計了一種減少訓(xùn)練時間的方法，如圖1所示。該方法將光纖鏈路劃分為較短區(qū)段，并用DL-DBP算法對較其進行補償，再將訓(xùn)練好的模型重新應(yīng)用到后續(xù)學(xué)習(xí)部分。結(jié)果表明，在2400km距長離5通道的波分復(fù)用（WDM）鏈路中成功傳輸32GBd的16QAM信號后，相較于線性補償方式，該方案提供了0.41dB的信號增益；訓(xùn)練DL-DBP的第二部分（假設(shè)第一部分的模型已經(jīng)提前獲得）實現(xiàn)了0.48dB的信號增益；訓(xùn)練DL-DBP的整個堆棧實現(xiàn)了0.56dB增益，但總訓(xùn)練時間增加了203%[1]。該方案的設(shè)計將為在長距離光通信中引入深度學(xué)習(xí)算法提供參考模型。



2、帶通濾波器
中國礦業(yè)大學(xué)Shizhuang Yan等研究人員設(shè)計了一種基于共面波導(dǎo)和人工表面等離極化激元（SSPPs）的太赫茲（THz）超寬帶帶通濾波器，太赫茲SSPP波導(dǎo)俯視圖如圖2所示；采用叉結(jié)構(gòu)對低頻波進行濾波，用SSPPs產(chǎn)生較高的截止頻率，通過改變參數(shù)獨立控制濾波器的上下截止頻率。研究表明，測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合，濾波器的回波損耗值高于11dB，在通帶內(nèi)插入損耗小于2dB[2]。該濾波器可在0.65~2.02THz頻率范圍內(nèi)工作，具有高效率、頻率調(diào)節(jié)方便、結(jié)構(gòu)簡單、體積小等應(yīng)用優(yōu)勢，有望廣泛應(yīng)用于毫米波和太赫茲等信息處理領(lǐng)域。



3、微波光子學(xué)
中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所Xiaoyu Chen等研究人員采用馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）和可調(diào)諧光學(xué)延遲塊（TODL），設(shè)計了一種新型微波光子學(xué)信號處理方案，如圖3所示。研究人員在兩個偏振方向上進行了功率分割和延時調(diào)諧，通過疊加跳動信號獲取了三角形或矩形波形（占空比可調(diào)）；他們還對所提出的方案進行了理論分析和實驗驗證，成功生成了重復(fù)頻率為4GHz和5GHz的三角波和矩波形[3]；其中，因為射頻（RF）調(diào)制指數(shù)不固定，在一定程度上增加了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性；因此該方案未來有望在微波光子學(xué)信號處理領(lǐng)域得以應(yīng)用。



4、自由空間光通信系統(tǒng)
韓國先進科學(xué)技術(shù)研究院Mat T. Nguyen等研究人員設(shè)計了一種傳輸速率為1.25Gb/s的自由空間光通信（FSOC）系統(tǒng)，并在接收端融合了7孔徑直接探測（DD）接收機，如圖4所示。研究人員采用脈沖模式發(fā)生器生成NRZ信號，并通過電吸收調(diào)制激光器（EML）實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，經(jīng)摻鉺光纖放大器（EDFA）放大后由一個直徑和焦距分別為2.54cm和37.13mm的透鏡將其發(fā)射到52m長的自由空間信道（采用電風(fēng)扇和加熱器模擬大氣湍流）中。當(dāng)光信號經(jīng)后向反射器（直徑為127mm）反射至接收端7個透鏡處后，將其耦合到單模光纖連接的光電探測器中，再通過采用7通道實時示波器（帶寬2GHz，采樣率10Gsample/s）接收并進行數(shù)字信號處理，以最大比率合并（MRC）方式實現(xiàn)信號組合[4]。研究結(jié)果表明，在弱湍流（SI=0.0089）和強湍流（SI=0.2615）條件下，當(dāng)誤碼率（BER）為10-3時，發(fā)射功率分別為2.6dBm和7dBm。綜上所述，該系統(tǒng)具有成本低、可靠性高，易擴展升級等優(yōu)點，并能有效提升大氣湍流環(huán)境下FSO系統(tǒng)的光信號收發(fā)性能，在未來的寬帶無線光通信領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。



5、長周期光纖光柵
哈爾濱工程大學(xué)Xiren Jin等研究人員利用橢圓雙折射（IMEB）的相互作用機制設(shè)計了間歇式扭轉(zhuǎn)螺旋型長周期光纖光柵（IS-LPFG）傳感器，并采用CO2激光器對預(yù)扭曲單模光纖（SMF）的4個相互正交表面進行拋光加工，使其每個面呈現(xiàn)斷續(xù)式螺旋狀結(jié)構(gòu)分布，如圖5所示。研究人員通過對IS-LPFG實施不同方向（順時針旋轉(zhuǎn)、逆時針旋轉(zhuǎn)和無旋轉(zhuǎn)）的扭轉(zhuǎn)引入了不同的IMEB，并分析其對扭轉(zhuǎn)靈敏度的影響[5]。研究結(jié)果表明，疊加和抵消IMEB時，扭轉(zhuǎn)靈敏度值分別為0.115 nm/(rad/m)和0.08nm/(rad/m)。此外，該器件在一定程度上能提升扭轉(zhuǎn)傳感器、光纖偏振控制器和軌道角動量控制器等的工作性能，將來有望在光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域發(fā)揮其應(yīng)用價值。



6、多光譜顯微成像系統(tǒng)
南京師范大學(xué)Fangjian Xing等研究人員采用數(shù)字微鏡器件（DMD）研制了一種二維（2D）多光譜顯微成像系統(tǒng)（SRHMI），如圖6所示。他們將該系統(tǒng)分為兩個模塊進行設(shè)計；其中一模塊采用超連續(xù)譜激光源和編碼裝置（由消色差透鏡（L1）、閃耀光柵（DG1）和DMD組成）生成多波長光束；另一模塊實現(xiàn)成像，即采用聚焦透鏡（FL，=50mm）和圓柱透鏡（CL，=50mm）控制多波長光束照射樣本的二維表面實現(xiàn)光譜透過率編碼，再由光柵衍射并經(jīng)成像透鏡L2（f2=150mm）實現(xiàn)各波長光分離投射至2D成像傳感器上[6]。研究結(jié)果表明，當(dāng)光譜線寬和波長間隔分別為0.16nm和6.4nm時，成像分辨率達到2.46m；在700~810nm波段范圍內(nèi)可實現(xiàn)12和18波長的2D成像。因為該系統(tǒng)具備波長可選擇性和高分辨率成像的特點，未來有望在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮其成像應(yīng)用價值。



參考文獻
[1]Bitachon B I, Eppenberger M, Baeuerle B, et al. Reducing Training Time of Deep Learning Based Digital Backpropagation by Stacking[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022.
[2]S. Yan et al., "A Terahertz Band-Pass Filter Based on Coplanar-Waveguide and Spoof Surface Plasmon Polaritons," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 7, pp. 375-378, 1 April1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3159964.
[3]X. Chen et al., "Photonic Generation of Rectangular and Triangular Microwave Waveforms With Tunable Duty Cycle," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 7, pp. 371-374, 1 April1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3159555.
[4]M. T. Nguyen, V. Mai and H. Kim, "Multiple-Aperture Direct-Detection Receiver Based on Maximal Ratio Combining for FSO Communication," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 8, pp. 405-408, 15 April15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3164342.
[5]X. Jin et al., "Analysis and Comparative Study of Intermittent-Spiral Long Period Fiber Grating," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 8, pp. 440-443, 15 April15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3144997.
[6]F. Xing et al., "Simultaneously Reconfigurable Multispectral Microscopic Imaging Based on a Digital Micromirror Device," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 8, pp. 417-419, 15 April15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3164722.