7/20/2022，光纖在線訊，作者 邵宇豐，王安蓉，伊林芳，楊騏銘，田青，于妮，袁杰，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，劉栓凡，2022年6月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖鏈路安全檢測、混合激光LED發(fā)射器、可見光通信系統(tǒng)、軟件定義的光收發(fā)架構(gòu)、超連續(xù)譜激光系統(tǒng)以及陣列波導(dǎo)光柵等；筆者將逐一評析。
1. 光纖鏈路安全檢測
東南大學(xué)光傳感通信綜合網(wǎng)絡(luò)工程研究中心的Xiaokai Ye等研究人員設(shè)計了一種適用于下一代無源光網(wǎng)絡(luò)（NG-PON2）系統(tǒng)的安全檢測方案，如圖1所示。當(dāng)光纖彎曲引起鏈路傳輸過程發(fā)生變化時，泄漏的光能會轉(zhuǎn)化為熱能，從而改變NG-PON2 光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）上光纖端面的終端熱分布（TTD）狀態(tài)。研究人員采用光纖彎曲損耗公式和熱力學(xué)耦合理論在雙圓柱坐標(biāo)系下建立了光纖端面彎曲時芯層和包層的TTD模型，并在不同輸入功率、彎曲半徑及檢測點(diǎn)距光纖端面中心距離時對TTD模型進(jìn)行了仿真分析。他們采用中心波長為1550nm的發(fā)光二極管和熱顯微鏡（Telops-FAST-IR）進(jìn)行了實驗測試，結(jié)果表明：在輸入功率為1dBm且彎曲半徑為5mm~10mm時，光纖（G.652D）端面處芯層的TTD變化為72.5%，與仿真分析結(jié)果一致[1]。因此，該方案為未來光纖傳輸鏈路的安全性保障提供了參考借鑒。
 
圖1采用TTD的安全檢測方案

2. 混合激光LED發(fā)射器
印度班加羅爾科學(xué)研究所的Faheem Ahmad等研究人員設(shè)計了實現(xiàn)室內(nèi)光無線通信的混合激光發(fā)光二級管（LED）發(fā)射器模塊，如圖2所示。該模塊由中心波長785nm的近紅外激光二極管（LD）和具有光束閉環(huán)控制能力的白光LED陣列組成，并使用兩個偏心透鏡實現(xiàn)激光束的水平/垂直轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)功能。研究人員對發(fā)射器的性能進(jìn)行測試后的結(jié)果表明：將接收器放置在距發(fā)射器1.5米處，發(fā)射光束水平（垂直）轉(zhuǎn)向的角度范圍為-7.6o~7.6o（-1.7o~2.6o），此時接收器處光束位移的水平（垂直）范圍為-200mm~200mm（-44mm~67mm）；采用M階正交幅度調(diào)制（MQAM）/正交頻分復(fù)用（OFDM）信號（具有自適應(yīng)比特功率加載功能）傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)吞吐量可至5.15 Gbps[2]。因此，上述方案綜合發(fā)揮了LD與LED的應(yīng)用優(yōu)勢，為下一代智能室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了可參考的技術(shù)支持。
 
圖2采用混合激光LED發(fā)射器模塊的室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)
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3. 可見光通信系統(tǒng)
土耳其奧茲耶金大學(xué)的Rifat Kısacık等研究人員設(shè)計了一種采用130nm互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝制成的可見光通信（VLC）接收機(jī)方案，如圖3所示。由于采用了連續(xù)時間線性均衡器（CTLE），該接收機(jī)適用于多種不同帶寬的VLC系統(tǒng)。研究人員在采用三種不同帶寬的磷光白光發(fā)光二極管（LED）時，實驗測試了接收機(jī)的性能（通信距離為2m），研究結(jié)果表明：當(dāng)誤碼率為10-2時，采用帶寬為1.6MHz、1.3MHz和900kHz的LED發(fā)射信號，傳輸速率可達(dá)32Mbps、22Mbps和18Mbps；若加入藍(lán)色濾光片，傳輸速率可進(jìn)一步提升到50Mbps、49Mbps和24Mbps [3]。因此，該接收機(jī)方案在支持多種不同帶寬的可見光通信領(lǐng)域具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?

 
圖3采用130 nm CMOS工藝的VLC系統(tǒng)

4. 軟件定義的光收發(fā)架構(gòu)
西班牙加泰羅尼亞電信技術(shù)中心的Laia Nadal等研究人員設(shè)計了采用多波段（MB）技術(shù)的可切片帶寬光收發(fā)機(jī)（S-BVTs）架構(gòu)，如圖4所示。該架構(gòu)采用了軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的方法，具備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)控分離以及可編程能力，并對其進(jìn)行了性能評估。研究結(jié)果表明：在無濾波和放大的情況下，當(dāng)背對背系統(tǒng)的接收功率為-2.7dBm時，每個波段的最大容量約為70Gb/s；經(jīng)過50.47km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）傳輸后，系統(tǒng)的最大容量為26.2 Gb/s（C波段）和21Gb/s（L和S波段）；當(dāng)采用合適的MB聚合器/分配器時，工作在三個波段信號傳輸?shù)淖畲罂側(cè)萘繛?7.7Gb/s[4]。毫無疑問，該架構(gòu)的設(shè)計有利于多波段通信網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用。

 
圖4 MB S-BVTs架構(gòu)圖

5. 超連續(xù)譜激光系統(tǒng)
韓國電子通信研究院的Minje Song等研究人員設(shè)計了一種采用光頻梳整形和頻譜整形的超寬帶平頂超連續(xù)譜激光光源，如圖5所示。他們采用脈沖整形器對光疏線的幅度和相位進(jìn)行整形，從而得到同相準(zhǔn)超高斯脈沖序列；該器件可實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)參數(shù)是：20 dB帶寬為125 nm、重復(fù)頻率為50 GHz。研究結(jié)果表明：該光源在3小時時間窗口內(nèi)具有極高的穩(wěn)定性（最大標(biāo)準(zhǔn)差小于0.622 dB）以及空間相干性；當(dāng)分辨率為0.01nm時，每1min即可獲得一次超連續(xù)譜[5]。因為該方案的應(yīng)用范圍覆蓋了S+C+L波段的大部分區(qū)域，因此在一定程度上可滿足未來現(xiàn)代光通信系統(tǒng)的發(fā)展需求。
 
圖5超寬帶平頂超連續(xù)光發(fā)生器的實驗裝置

6. 陣列波導(dǎo)光柵
荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)的Yu Wang等研究人員在3μm絕緣體上硅（SOI）平臺上設(shè)計了一種超寬帶（UWB）偏振不敏感（PI）的陣列波導(dǎo)光柵（AWG）（含12個信道，信道間距為100GHz）。該器件可實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)包括：-0.82 ~ -1.52dB的插入損耗、平均串?dāng)_小于-35dB、偏振相關(guān)損耗（PDL）為0.18dB~1.27dB、偏振相關(guān)波長偏移（PDWS）為0.006 nm~0.041nm。研究人員在非歸零碼-開關(guān)鍵控（NRZ-OOK）調(diào)制系統(tǒng)中對該器件的性能進(jìn)行了研究，如圖6所示；結(jié)果表明：當(dāng)誤碼率為10-9時，10Gb/s、20Gb/s和35Gb/s NRZ-OOK信號的功率代價分別< 0.1dB、< 0.2dB和< 0.8dB[6]。因此，陣列波導(dǎo)光柵具有低損耗及低串?dāng)_的優(yōu)良特性，可在未來作為（解）復(fù)用器裝置應(yīng)用于多頻帶光子集成電路（PICs）中。

圖6陣列波導(dǎo)光柵實驗裝置

參考文獻(xiàn)：
[1] X. Ye et al., "A Security Detection Scheme Based on TTD for NG-PON2 Fiber Links," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 12, pp. 3633-3639, 15 June15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3150362.
[2] F. Ahmad, R. N. Sathisha, K. M. Jyothsna and V. Raghunathan, "Hybrid Laser-LED Transmitter With Closed-Loop Beam-Steering Control for Indoor Optical Wireless Communication," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 12, pp. 3557-3566, 15 June15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3154540.
[3] R. Kısacık et al., "A 130 nm CMOS Receiver for Visible Light Communication," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 12, pp. 3681-3687, 15 June15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3150250.
[4] L. Nadal, M. S. Moreolo, J. M. Fàbrega and F. J. Vílchez, "SDN-Enabled Multi-Band S-BVT Within Disaggregated Optical Networks," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 11, pp. 3479-3485, 1 June1, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3158388.
[5] M. Song et al., "Multi-Band Operation of Flat-Top Supercontinuum Laser Sources With Programmable Repetition Rate up to 50 GHz," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 11, pp. 3425-3431, 1 June1, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3169486.
[6] Y. Wang et al., "Ultrawide-band Low Polarization Sensitivity 3-μm SOI Arrayed Waveguide Gratings," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 11, pp. 3432-3441, 1 June1, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3167829.