10/20/2022，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，李彥霖，李沖，陳鵬，袁杰，左仁杰，劉栓凡，楊林婕，柳海楠，李文臣，陳超，胡文光。

2022年9月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：雪崩光電二極管、光子下變頻系統(tǒng)、卷積神經網絡、光學傳感器、光纖接入網絡、強度調制和直接檢測系統(tǒng)等，筆者將逐一評析。

1、雪崩光電二極管
奧地利維也納理工大學的S.S.Kohneh Poushi等研究人員采用場線擁擠的概念設計了一種新型線性模式雪崩光電二極管（APD）；如圖1所示，器件中心設計了小型球形雪崩n阱/p外延層，其中使用體積較厚、電場較低的區(qū)域作為吸收區(qū)，可采用標準互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝制備。研究結果表明，該APD在5nW光功率下的最大響應度為3.05×103A/W，在200nW光功率下使用675nm激光源時，最大帶寬為1.6GHz，響應度為32 A/W[1]。因為該器件具有高雪崩增益、大帶寬和CMOS兼容性等應用優(yōu)勢，有望未來在光通信系統(tǒng)、飛行時間傳感和生物醫(yī)學成像等多領域中應用。



2、光子下變頻系統(tǒng)
日本東京國家信息與通信技術研究所的Pham Tien Dat等研究人員設計了一種使用寬帶相位調制器的光子下變頻系統(tǒng)，如圖2所示。他們基于光子上轉換和下轉換技術實現(xiàn)了52 GHz的寬帶正交頻分復用（OFDM）信號的調制和解調，并將43 GHz的高階正交幅度調制QAM—OFDM信號下變頻到微波頻段，并對采用單波長和雙波長調制構建的光子下變頻系統(tǒng)性能（轉換增益、相位噪聲和無雜散動態(tài)范圍）進行了研究[2]。結果表明：兩種方案的轉換增益相當；但雙波長調制中的相位噪聲相對較低，且在較低發(fā)射功率區(qū)域提供了較好工作性能；而單波長方案在較高發(fā)射功率區(qū)域工作性能更佳。綜上所述，雙波長調制系統(tǒng)的總體性能更優(yōu)，未來可用作上行鏈路移動前端以簡化天線站點和接收機配置。



3、卷積神經網絡
復旦大學的Yinaer Ha等研究人員為了提高基于下一代前傳接口（NGFI）在移動通信網絡中應用的頻譜效率，設計了采用卷積神經網絡（CNN）的非正交多波段無載波振幅和相位（NO-m-CAP）帶間干擾消除系統(tǒng)，如圖3所示。研究人員采用基于CNN的子帶間干擾（IBI）對消方法成功實現(xiàn)了25km的100Gb/s/λ NGFI-II數(shù)據傳輸，并驗證了IBI提取模塊的必要性[3]。實驗結果表明，在硬判決糾錯編解碼（HD-FEC）閾值為7%的前提下，光譜效率（SE）提高了15%。因為與傳統(tǒng)基于獨立成分分析的方法相比，此系統(tǒng)方案中應用的光電器件簡單實用，復雜度更低，支持提供更多的功耗預算和更大的信號壓縮比，因此該系統(tǒng)有望在未來移動通信高速傳輸領域應用。



4、光學傳感器
印度卡納塔克邦國立理工學院的Santosh Kumar Sahu等研究人員采用硅-二氧化鈦-二氧化硅-金（Si-TiO2-SiO2-Au）材料，設計了采用V型納米級三維混合等離子體波導（HPWG）的折射率-溫度傳感器，如圖4所示。研究人員設計了檢測苯（C6H6）的波長解調方法，監(jiān)測了傳輸損失共振峰的波長偏移；并采用有限元方法研究了二氧化硅、二氧化鈦厚度對HPWG傳感器性能的影響[4]。結果表明，該傳感器可檢測水溶液折射率在1.45-1.5范圍內的變化；當Si、TiO2、SiO2、Au等材料厚度值分別為220nm、5nm、25nm、50nm以及V型傳感器的單臂寬度為300nm時，該器件的工作靈敏度為1022.75nm/RIU，溫度靈敏度為2.95nm/℃。因為該傳感器方案相比于直型HPWG設計，具有更小的有效模式面積并支持更遠的傳播距離，因此將在適用于紅外區(qū)域的化學和生化傳感檢查方面有較好的應用前景。



5、光纖接入網絡
法國布列塔尼雷恩大學的Jérémy Potet等研究人員設計了采用外調制激光器（EML）及直接檢測方案的實時無數(shù)字信號處理（DSP）光纖接入系統(tǒng)，如圖5所示。研究人員使用集成式外部調制激光器、模擬預均衡器、光學放大器和非濾波前置放大器，在無任何數(shù)字信號處理（實時或離線）的情況下對傳輸信號進行了直接檢測。他們成功在光纖接入鏈路（O波段）上使用單一波長實時傳輸了100Gbit/s/λ的PAM-4信號，并針對光功率預算（OB）研究了采用半導體光放大器（SOA）的不同配置帶來的影響 [5]。研究結果表明：無論采用SOA的哪種配置，在點對點（PtP）情況下都可以進行光功率預算；之所以在實際應用中從未真正考慮在光接入網中使用光纖放大器，主要是由于器件成本和集成度問題。該方案的研究結果從一定程度上反映了雙向PtP標準的發(fā)展方向[5]，并為100Gbit/s速率PON可能實現(xiàn)的應用發(fā)展提供了新方向。



6、強度調制和直接檢測系統(tǒng)
湖南師范大學的Gang Chen等研究人員設計了采用低復雜度射頻（RF）數(shù)模轉換器（DAC）生成了含保護帶的正交頻分復用（GB-OFDM）信號，以應用于強度調制和直接檢測（IMDD）系統(tǒng)，如圖6所示；同時采用了模數(shù)轉換（ADC）欠采樣技術在接收機中恢復了基帶OFDM信號。他們在實時短距離IMDD系統(tǒng)中對該方案進行了實驗研究[6]。研究結果表明，經50km標準單模光纖傳輸信號且誤碼率為3.8e-3時，與基帶OFDM信號傳輸系統(tǒng)相比，16QAM/64 QAM-GB-OFDM系統(tǒng)的接收機靈敏度提升了7.5/3.5dB。該方案可以有效降低數(shù)據轉換過程的采樣率、系統(tǒng)成本和預算功耗，因此在IMDD高速光傳輸系統(tǒng)方中具有潛在的應用價值。



參考文獻
[1]S. S. Kohneh Poushi, B. Goll, K. Schneider-Hornstein, M. Hofbauer and H. Zimmermann, "CMOS Integrated 32 A/W and 1.6 GHz Avalanche Photodiode Based on Electric Field-Line Crowding," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 18, pp. 945-948, 15 Sept.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3195191.
[2]P. T. Dat, Y. Yamaguchi and A. Kanno, "Performance Comparison of Photonic Downconversion for Uplink Mobile Fronthaul," in IEEE Photonics Technology Letters, vol.34,no.17,pp. 923-926, 1 Sept.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3193467.
[3]Y. Ha et al., "CNN-Based Inter-Band Interference Cancellation for 100Gbit/s/λ Non-Orthogonal m-CAP in Fronthaul," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 17, pp. 907-910, 1 Sept.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3193310.
[4]S.K.Sahu,S.K.Reddy,M.Singh and E.Avrutin,"Hybrid Plasmonic Waveguide Based Platform for Refractive Index and Temperature Sensing,"in IEEE Photonics TechnologyLetters,vol.34,no.18,pp.953-956,15Sept.15,2022,doi: 10.1109/LPT.2022.3195666.
[5]J. Potet et al., "Real-Time DSP-Free 100 Gbit/s/λ PAM-4 Fiber Access Link Using EML and Direct Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 17, pp. 895-898, 1 Sept.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3191460.
[6]G. Chen et al., "Real-Time GB-OFDM Signal Generation/ Reception Using Image Spectra and Undersampling for IMDD System," in IEEE Photonics Technology Letters,vol.34,no.18,pp.997-1000,15Sept.15,2022,doi: 10.1109/LPT.2022.3197828.