1/19/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，左仁杰，劉栓凡，袁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，楊林婕，胡文光，李文臣，陳超，柳海楠。

2022年12月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：室內(nèi)光無線通信，雪崩光電二極管，光纖無線通信，量子投影，集成光子學(xué)，微環(huán)調(diào)制器等；筆者將逐一評析。

1.室內(nèi)光無線通信
墨爾本大學(xué)的Jianghao Li等研究人員設(shè)計了應(yīng)用軌道角動量（OAM）波束整形的室內(nèi)光無線通信（OWC）系統(tǒng)，如圖1所示�；�于OAM模式的波束整形原理是將零階OAM波束（）與不同波長和不同功率比的高階OAM波束疊加，以形成不同形狀與功率分布的傳輸波束。研究人員對系統(tǒng)誤碼率（BER）性能進行了仿真分析和實驗驗證[1]，研究結(jié)果表明：與傳統(tǒng)無波束整形OWC系統(tǒng)相比，采用OAM波束整形技術(shù)能提升系統(tǒng)接收靈敏度、擴大有效覆蓋范圍（在BER<3.8×10-3時；）當(dāng)/和/的功率比分別為0.3和0.33時，在10Gbaud符號速率下可獲得最大無差錯信號收發(fā)覆蓋范圍；在相同功率比下，針對和的波束整形比采用和的波束整形在不同方向時接收信號的BER性能更優(yōu)。因為上述系統(tǒng)能最大限度減少室內(nèi)信息傳輸中的多徑負(fù)面效應(yīng)，所以該設(shè)計方案為未來高速室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)的設(shè)計提供了參考借鑒。



2.雪崩光電二極管
臺灣國立中央大學(xué)的Naseem等研究人員設(shè)計一種新型雪崩光電二極管（APD），如圖2所示。該器件P面朝上并具備特殊的復(fù)合電荷層面結(jié)構(gòu)，可以有效限制M層的中心電場，極大抑制了邊緣擊穿現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而使暗電流大大降低；具有最高電場區(qū)的第2 M層被掩埋在靠近InP襯底的底部，該結(jié)構(gòu)能更好的散熱從而提高功率性能；研究人員通過優(yōu)化部分摻雜P的吸收體和額外InP集電層的耗盡寬度，以平衡RC延遲時間和內(nèi)部渡越時間，保證APDS獲得了24μm的有效直徑，實現(xiàn)了更大的光學(xué)對準(zhǔn)容忍度和更好的器件散熱性能[2]。研究結(jié)果表明：在0.9時，該器件具有大光電帶寬（30GHz）、高響應(yīng)度（2.23A/W）、大增益帶寬積（270GHz）、低暗電流（約200nA）和11mA的飽和電流。綜上所述，該器件的優(yōu)異性能為提升相干光通信系統(tǒng)或PAM-4光傳輸系統(tǒng)中接收信號靈敏度提供了有力支撐。



3.光纖無線通信
馬來西亞莫納什大學(xué)的G. H. Thng等研究人員提出采用深度學(xué)習(xí)（機器學(xué)習(xí)的一種）技術(shù)來優(yōu)化光纖無線通信（ROF）系統(tǒng)的接收機架構(gòu)，如圖3所示。他們在非鎖定外差光纖無線鏈路上進行了測試，并在接收端對正交相移鍵控（QPSK）調(diào)制的ROF信號進行了檢測，其中集中深度學(xué)習(xí)功能的接收機在相位噪聲受限ROF系統(tǒng)中的應(yīng)用性能也得到了驗證；同時，研究人員還將該檢測方案與傳統(tǒng)延時零拍法（SH）接收和采用本地振蕩器的檢測方案進行了比較 [3] 。研究結(jié)果表明：該類接收機能提升相位噪聲容限，且適合帶寬受限的ROF系統(tǒng)應(yīng)用；采用的長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）算法性能優(yōu)于多層感知（MLP）和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）算法。因此，上述方案的應(yīng)用未來在ROF系統(tǒng)中（尤其是其中的接收機設(shè)計中）具有一定的借鑒價值。



4.量子投影
西班牙圣地亞哥大學(xué)的X. Prieto-Blanco等研究人員采用離子交換玻璃作為量子光子學(xué)工作平臺，并通過使用定向耦合器完成了X（對角）基和Y（圓形）基狀態(tài)的量子投影過程（其中應(yīng)用的定向耦合器通過K+/Na+離子交換和掩埋工藝制造的單模信道波導(dǎo)構(gòu)成）。他們采用端射耦合技術(shù)將光耦合到輸入信道波導(dǎo)傳播，在通過基本光學(xué)元件（BIOE）之后，觀察光信號輸出特征，如圖4所示。該系統(tǒng)包含一個發(fā)光二極管（LED）、兩個分束器（BS）和一個目鏡子系統(tǒng)；允許觀察BIOE輸入面上的后向反射光束 [4]。研究人員通過衍射光柵在單光子量子態(tài)中實現(xiàn)了相對相位獲取，并對耦合器和投影儀進行了驗證測試，證明投影效率接近1。因為上述方案可用于制備含量子光學(xué)處理過程的集成光學(xué)投影儀，因此將為未來量子密碼學(xué)和量子信息領(lǐng)域的研究工作提供支撐。



5.集成光子學(xué)
丹麥技術(shù)大學(xué)的Xiaodong Shi等研究人員設(shè)計了在碳化硅集成（SiCOI）平臺中研究高性能偏振無關(guān)1×2和2×2 多模干涉（MMI）分束器和馬赫曾德爾干涉儀（MZI）方案，實驗裝置如圖5所示。研究人員將可調(diào)諧連續(xù)波（CW）激光器產(chǎn)生的光波通過可調(diào)諧衰減器（ATT）將功率衰減到量子級，再經(jīng)偏振分束器（PC）將光束偏振調(diào)制為準(zhǔn)TE或準(zhǔn)TM模式后輸入SiCOI集成平臺后，采用光譜分析儀（OSA）和單光子探測器（SPD）測量并分析透過率和光子數(shù)[5]。研究結(jié)果表明：上述相關(guān)器件在280nm工作波長范圍（1360 nm ~ 1640 nm）和70 nm工作波長范圍（1510 nm ~ 1580 nm）內(nèi)偏振損耗均小于1dB；1×2和2×2分束器的平均損耗值分別為1dB和1.5dB，帶寬分別為>100nm和>70nm；MZI中支持傳播的TE波和TM波在高功率區(qū)域的可見度分別為98.3%和97.6%，在超低功率區(qū)域的可見度分別為99.0±0.4%和98.7±0.6%。因此，上述高性能SiC光子組件既可以應(yīng)用于常規(guī)光信號處理過程，也適用于含未知偏振態(tài)的SiC單光子源的集成制備。



6.微環(huán)調(diào)制器
香港中文大學(xué)的D. W. U. Chan等研究人員在波分復(fù)用（WDM） 強度調(diào)制-直接檢測（IM-DD）系統(tǒng)中設(shè)計了4THz（32納米）超寬自由頻譜范圍（FSR）的超緊湊硅微環(huán)調(diào)制器（MRM），實驗裝置如圖6所示。研究人員將經(jīng)過數(shù)字信號處理（DSP）后的4階脈沖幅度調(diào)制（PAM4）信號與可調(diào)諧激光源（TL）產(chǎn)生的光束通過偏振分束器（PC）后在MRM中進行調(diào)制，然后光信號在2km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）中傳輸后經(jīng)摻鉺光纖放大器（EDFA） 放大，再被光電二極管（PD）接收[6] 。研究結(jié)果表明：在頻譜范圍為1540nm~1570nm時，170Gb/s的PAM4信號在4通道WDM系統(tǒng)中傳輸2km后，誤碼率低于硬判決前向糾錯（HD-FFC）的閾值3×10-3。綜上所述，該類高性能且與CMOS兼容的MRM在未來可用于制備高速率、低成本和緊湊型的WDM收發(fā)器以實現(xiàn)短距離寬帶互聯(lián)應(yīng)用。



[1]J. Li, Q. Yang, X. Dai, C. Lim and A. Nirmalathas, "Investigation on Orbital Angular Momentum Mode-Based Beam Shaping for Indoor Optical Wireless Communications," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 24, pp. 7738-7745, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3206426. 
[2]Naseem et al., "Top-Illuminated Avalanche Photodiodes with Cascaded Multiplication Layers for High-Speed and Wide Dynamic Range Performance," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 24, pp. 7893-7900, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3204743.
[3]G. H. Thng, M. H. Jaward and M. Bakaul, "Deep Learning Based Phase Noise Tolerant Radio-Over-Fiber Receiver," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 24, pp. 7727-7737, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3205779.
[4]X. Prieto-Blanco, C. Montero-Orille, J. Liñares, H. González-Núñez and D. Balado, "Quantum Projectors Implemented with Optical Directional Couplers in Ion-Exchanged Glasses," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 23, pp. 7676-7684, 1 Dec.1, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3189206.
[5]X. Shi, Y. Lu, N. Peng, K. Rottwitt and H. Ou, "High-Performance Polarization-Independent Beam Splitters and MZI in Silicon Carbide Integrated Platforms for Single-Photon Manipulation," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 23, pp. 7626-7633, 1 Dec.1, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3169661.
[6]D. W. U. Chan, X. Wu, Z. Zhang, C. Lu, A. P. T. Lau and H. K. Tsang, "Ultra-Wide Free-Spectral-Range Silicon Microring Modulator for High Capacity WDM," in Journal of Lightwave Technology, vol. 40, no. 24, pp. 7848-7855, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/JLT.2022.3208745.