6/13/2022，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，袁杰，李沖，左仁杰，陳鵬，劉栓凡，李彥霖。

2022年5月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖布拉格光柵、調(diào)制器、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)、室內(nèi)無線光通信、光纖無線系統(tǒng)、調(diào)制器等，筆者將逐一評析。

1、光纖布拉格光柵
日本北里大學(xué)Keil Kuroda研究人員設(shè)計了一種采用光纖布拉格光柵（FBG）的波分復(fù)用（WDM）裝置，集成了函數(shù)發(fā)生器（FG）、激光二極管（LD）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）、分布式反饋（DFB）激光陣列和FBG等器件；采用具有直接調(diào)制特性的DFB激光陣列實現(xiàn)了多波長頻率掃描和脈沖光源的生成；并應(yīng)用外差探測技術(shù)提高了系統(tǒng)信噪比（S/N），如圖1所示。研究人員采用三個峰值波長值分別為1531.0 ± 0.1 nm、1540.5 ± 0.1 nm和1550.1 ± 0.1 nm的FBG，通過100ns脈沖對光纖光柵（反射率為1%）靈敏度進行了實驗研究[1]。研究結(jié)果表明，該裝置在間隔約1.5 m的三個FBG中測量到S/N約為20dB的反射光譜。由于該裝置采用的DFB激光陣列支持發(fā)射11個間隔為3nm 的光波，因此在構(gòu)建多通道脈沖發(fā)生器、無源時分復(fù)用（TDM）和WDM混合系統(tǒng)、FBG密集傳感及大規(guī)模監(jiān)測系統(tǒng)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。



2、調(diào)制器
加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的Alexander C. MacGillivray等研究人員設(shè)計了一種支持自由空間光（FSO）通信鏈路連接的半球形反向調(diào)制器（包含用于反射的高折射率玻璃（S-LAH79）半球、實施電吸收調(diào)制的半絕緣磷化銦（SI-InP）層），如圖2所示。研究人員采用Franz-Keldysh效應(yīng)（場致變化）和愛因斯坦模型（帶邊特性）來解釋電吸收效應(yīng)過程[6]。研究結(jié)果表明，采用600米厚度SI-InP層設(shè)計的半球形反射調(diào)制器性能最優(yōu)，且在34%的調(diào)制深度下產(chǎn)生了較強的反射效果。該模型可用于SI-InP層的優(yōu)化，提高無源FSO通信鏈路的性能，能夠為未來實現(xiàn)無線光通信系統(tǒng)的真正商用提供參考思路。



華中科技大學(xué)Hongjun Cai等研究人員設(shè)計了一種工作在C和O波段的側(cè)向交趾型PN結(jié)硅基調(diào)制器。研究人員將PN結(jié)嵌入長為220nm的硅波導(dǎo)中，在厚度2的埋氧層上形成微環(huán)調(diào)制器（3dB帶寬為42GHz、電阻電容（RC）帶寬為174GHz）；并通過調(diào)節(jié)電光相互作用區(qū)域，提升調(diào)制效率和降低功耗，如圖3所示。研究人員對50Gb/s的非歸零（NRZ）信號和100 Gb/s四進制脈沖幅度調(diào)制（PAM4）信號的眼圖進行了測量分析[2]。研究結(jié)果表明，在C波段光放大器噪聲較低時測得的眼圖質(zhì)量優(yōu)于O波段，且調(diào)制功耗與驅(qū)動電壓峰值Vpp的平方成正比（低Vpp可顯著降低調(diào)制功耗和提升調(diào)制效率）。當(dāng)Vpp = 2.5 V時，100 Gb/s PAM4信號調(diào)制功耗為14fj/bit，且傳輸后的眼圖清晰，張開度較好。毫無疑問，該調(diào)制器具有帶寬大、調(diào)制效率高，易于制作等優(yōu)點，為未來新型高速電光調(diào)制器制備提供了一種可用新選擇。



3、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)
中國科學(xué)院Jin You等研究人員設(shè)計了一種采用二氧化硅光子集成電路（PLC）的量子密鑰分發(fā)（QAD）系統(tǒng)，主要由可變光分路器（VOS）、非對稱馬赫-曾德爾干涉儀（AMZI）和定向耦合器（DC）組成，如圖4所示。研究人員在40℃~ 85℃、55~65℃范圍內(nèi)分別以1℃和0.1℃為步長（偏振度（DOP）穩(wěn)定在96%）研究光子數(shù)隨溫度變化而改變的特性，并采用自干擾技術(shù)在每個溫度點（以0.1和0.5V的步長）調(diào)節(jié)相位調(diào)制器（TOPM）的端口電壓以控制輸出脈沖對間的相位差。此外，研究人員在40℃~85℃內(nèi)，采用線性偏振模（LP）實現(xiàn)了高干擾能見度（在55~65℃和75~85℃范圍內(nèi)分別引入了具有同相位（）的橫電模/橫磁模（TE/TM））[3]。研究結(jié)果表明，在55~65℃溫度范圍內(nèi)，光子數(shù)和溫度的包絡(luò)線表征出了最高消光比；且在61.4℃時，干擾能見度可達到最高值96.7 %；該系統(tǒng)在外界溫度劇烈變化的情況下干擾能見度和溫度在6小時內(nèi)保持穩(wěn)定。因此，該系統(tǒng)具有集成度高、低損耗、高魯棒性和低成本等特點，有望在未來建立高速自主電信網(wǎng)時提供技術(shù)支持。



4、室內(nèi)無線光通信
澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)Ke Wang等研究人員設(shè)計了一種支持波束控制的室內(nèi)光無線通信（OWC）系統(tǒng)，如圖5所示，實現(xiàn)了大規(guī)模OWC接入間接遠程供電方案；即無需光束轉(zhuǎn)向，就可將光泵轉(zhuǎn)換的能量存儲在接入點，支持更大范圍的波束控制[4]。研究結(jié)果表明，遠程供電對信號波束的影響可以忽略不計。該系統(tǒng)因為不需本地電源遠程供電，且具有低功耗、可無源接入和低成本的應(yīng)用優(yōu)點，在實現(xiàn)高速率和寬覆蓋方面具有廣泛應(yīng)用前景。



5、光纖無線系統(tǒng)
愛爾蘭都柏林城市大學(xué)的Prajwal D. Lakshmijayasimha等研究人員采用雙級有源解復(fù)用器和光頻梳（OFC）設(shè)計了一種容忍線寬變化的毫米波（mmW）生成方案，如圖6所示。研究人員分析了光程差和線寬對毫米波信號純度的影響，驗證了該方案對光線寬的容忍范圍；同時研究了工作在37.5GHz頻段的光纖模擬無線電（A-RoF）分發(fā)系統(tǒng)的性能[5]。研究結(jié)果表明：當(dāng)OFC線寬為30kHz和3.1MHz時，64QAM DMT信號經(jīng)25公里光纖傳輸后均實現(xiàn)了低于硬判決前向糾錯（HD-FEC）限值的誤碼率；隨著OFC線寬增加并沒有發(fā)現(xiàn)明顯性能劣化，系統(tǒng)線寬容差范圍明顯提升。綜上所述，該方案能降低系統(tǒng)成本、復(fù)雜性、和能源消耗，將為未來光載毫米波信號無線接入系統(tǒng)提供新型部署方式。



參考文獻
[1]K. Kuroda, "Wavelength-Division Multiplexed Interrogation of FBGs Using a Distributed-Feedback Laser Array," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 10, pp. 509-512, 15 May15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3168853.
[2]H. Cai, S. Fu, Y. Yu and X. Zhang, "Lateral-Zigzag PN Junction Enabled High-Efficiency Silicon Micro-Ring Modulator Working at 100Gb/s," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 10, pp. 525-528, 15 May15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3170554.
[3]J. You et al., "Practical Quantum Key Distribution Module Based on Planar Lightwave Circuit," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 10, pp. 529-532, 15 May15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3170925.
[4]Wang K. Remote-Powered Infrared Indoor Optical Wireless Communication Systems[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(9): 455-458.
[5]Lakshmijayasimha P D, Kaszubowska-Anandarajah A, Martin E P, et al. Optical linewidth tolerant mmW generation employing a dual-stage active demultiplexer[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(9): 451-454.
[6]MacGillivray A C, Gorgani S, Hristovski I R, et al. A Novel Hemispherical Retro-Modulator for Free-Space Optical Communication Links[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(9): 494-497.