9/25/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，袁杰，劉栓凡，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，李文臣，陳超，柳海楠 楊林婕，胡文光。

2023年8月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：概率整形IM/DD系統(tǒng)，無(wú)線光通信，摻銩光纖激光器，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，水下光通信，激光器等；筆者將逐一評(píng)析。

1.概率整形IM/DD系統(tǒng)
德國(guó)基爾大學(xué)的M. S. -B. Hossain等研究人員在強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)（IM/DD）系統(tǒng)中對(duì)均勻八電平脈沖幅度調(diào)制（PAM8）信號(hào)和概率整形（PS）PAM8信號(hào)進(jìn)行了比較研究，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。研究人員采用了O波段電吸收調(diào)制激光器（EML），且在PS過(guò)程中應(yīng)用了不同高斯階帽形與杯形麥克斯韋-玻爾茲曼（MB）分布處理。研究人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了性能評(píng)估[1]，結(jié)果表明：帽形PS以增加符號(hào)率為代價(jià)獲得了非線性增益；在線性均衡時(shí)，帽形PS PAM8系統(tǒng)性能比均勻PAM8和杯形PS PAM8系統(tǒng)更優(yōu)；在非線性均衡時(shí)，PS PAM8系統(tǒng)性能相對(duì)均勻PAM8系統(tǒng)性能的增益會(huì)降低，但都能實(shí)現(xiàn)約318Gb/s的相似峰值可實(shí)現(xiàn)信息率（AIR）。綜上所述，上述方案對(duì)PS技術(shù)在IM/DD系統(tǒng)中的應(yīng)用具有一定參考價(jià)值。



2.無(wú)線光通信
吉林大學(xué)的Yingzhi Li等研究人員使用大孔徑集成氮化硅光學(xué)相控陣（OPA）芯片設(shè)計(jì)了一種高速長(zhǎng)距離的無(wú)線光通信（OWC）系統(tǒng)，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。研究人員在高速和寬天線相位調(diào)諧的OWC系統(tǒng)中通過(guò)傳輸非歸零碼（NRZ）信號(hào)和四電平脈沖幅度調(diào)制（PAM4）信號(hào)對(duì)OPA芯片性能進(jìn)行了驗(yàn)證[2]，研究結(jié)果表明：采用OPA芯片的OWC系統(tǒng)可在54m自由空間距離上實(shí)現(xiàn)32Gb/s NRZ信號(hào)的低誤碼率（BER）傳輸，且最高可實(shí)現(xiàn)100°的無(wú)失真視場(chǎng)角（FOV）；在超過(guò)10m距離的水平方向0°和50°下可實(shí)現(xiàn)50 Gbit/s的PAM4信號(hào)傳輸；OPA的靈活波束控制能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)通信中的快速信道切換， FOV中兩個(gè)任意目標(biāo)的切換時(shí)間為27μs。因此，上述系統(tǒng)在無(wú)線光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域具有實(shí)用價(jià)值。



3.摻銩光纖激光器
俄羅斯莫斯科國(guó)立鮑曼技術(shù)大學(xué)的Vasilii Voropaev等研究人員應(yīng)用中心波長(zhǎng)為1.9的摻銩光纖飛秒激光器和泵浦放大器，在硫化砷（As2S3）-硅基混合納米尖波導(dǎo)中產(chǎn)生了跨八度超連續(xù)譜（SC），其實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。他們采用全光纖超快速主振蕩器功率放大器作為泵浦源生成了中心波長(zhǎng)為1.9的脈沖（具備23.84MHz的重復(fù)率和600mw的平均輸出功率）；泵浦光利用90°的雙軸拋物鏡準(zhǔn)直光束，并使用4mm聚焦透鏡將泵浦光耦合至As2S3-硅波導(dǎo)中；將生成的SC由芯徑為200的多模氟化光纖收集并傳輸?shù)焦庾V儀中進(jìn)行分析[3]。研究結(jié)果表明：在纖芯直徑為1.7的波導(dǎo)中，在1.1到2.5波長(zhǎng)范圍內(nèi)能獲得最寬SC，此時(shí)可以觀察到顯著的色散波以及三次諧波分量。



4.無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)
美國(guó)佐治亞理工大學(xué)Shuang Yao等研究人員基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）對(duì)50Gbaud強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)（IM/DD）無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）中的信號(hào)實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱概率整形（PS）和幾何整形（GS）過(guò)程優(yōu)化，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。研究人員采用PS+GS的脈沖幅度調(diào)制（PAM4）來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的靈活高速調(diào)制，并利用ANN學(xué)習(xí)各種信道條件下的調(diào)制特性；在發(fā)射端，采用了外部調(diào)制激光器（EML），其最低和最高的輸出光功率為1mw和4mw，消光比（ER）為6dB；在接收端，采用噪聲系數(shù)為7dB的半導(dǎo)體光放大器（SOA）對(duì)EML的輸出光信號(hào)增強(qiáng)，通過(guò)雪崩光電二極管（APD）將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，使用跨阻放大器（TIA）將輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓[4]。研究結(jié)果表明：ANN可應(yīng)用于具備不同接收光功率（ROP）和光纖長(zhǎng)度的PON系統(tǒng)中；與均勻PAM4信號(hào)相比，在經(jīng)過(guò)10km單模光纖后依然有0.1bit/symbol的廣義互信息（GMI）改善；ANN可在-30dBm到-18dBm接收光功率范圍內(nèi)學(xué)習(xí)調(diào)制過(guò)程，并提供了0.133bit/symbol的GMI改進(jìn)。因此，上述方案對(duì)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)調(diào)制優(yōu)化過(guò)程具有參考借鑒價(jià)值。



5. 水下光通信
華中科技大學(xué)的Xiao Li等研究人員設(shè)計(jì)了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）的實(shí)時(shí)水下無(wú)線光通信（UWOC）系統(tǒng)，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。他們將三級(jí)級(jí)聯(lián)T橋均衡器（TCBE）與數(shù)字波形整形濾波器（DWSF）結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)3dB帶寬由2.5MHz擴(kuò)展到了44MHz，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景；采用FPGA進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)了UWOC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信。為驗(yàn)證該方案的可行性，研究人員在強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了非歸零開(kāi)關(guān)鍵控（IM/DD NRZ-OOK）調(diào)制信號(hào)的實(shí)時(shí)單LED UWOC系統(tǒng)[5]，研究結(jié)果表明：上述方案支持在1m水下信道中實(shí)現(xiàn)50Mbps的信號(hào)傳輸，且在無(wú)需前向糾錯(cuò)（FEC）時(shí)誤碼率達(dá)到了8×10−5。他們利用TCBE設(shè)計(jì)了50MHz頻率范圍內(nèi)的預(yù)均衡電路，并通過(guò)TCBE電路使系統(tǒng)3dB帶寬得到了有效擴(kuò)展；在應(yīng)用DWSF后，信號(hào)傳輸速率為10Mbps、20Mbps、30Mbps、40Mbps、45Mbps和50Mbps時(shí)，誤碼率值分別降低了15%、22%、26%、28%、95%和98%。綜上所述，當(dāng)傳輸速率大于40Mbps時(shí)，該方案能顯著提高UWOC系統(tǒng)性能，為未來(lái)實(shí)時(shí)水下光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了新思路。



6. 激光器
重慶大學(xué)的Laiyang Dang等研究人員設(shè)計(jì)了一種基于弱分布反饋效應(yīng)的分布式布拉格反射（DBR）型全光纖激光器，以實(shí)現(xiàn)光譜凈化，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。該激光器通過(guò)精確控制分布反饋信號(hào)的強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頻域參數(shù)的調(diào)節(jié)。研究人員搭建了激光系統(tǒng)，并對(duì)該方案的有效性和合理性進(jìn)行了驗(yàn)證[6]，研究結(jié)果表明：該方案可以實(shí)現(xiàn)超高光譜純度激光器的制備，輸出光譜信噪比為64dB，側(cè)模抑制比（SMSR）從53dB增加到83dB，輸出洛倫茲線寬從8.2kHz壓縮到115Hz，相對(duì)強(qiáng)度噪聲小于−122dB/Hz，高頻白噪聲平坦區(qū)域的噪聲極限值為4.8Hz2/Hz，且SMSR和洛倫茲線寬在53~83dB和115Hz~8.2kHz范圍內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)。他們還研究了不同泵浦結(jié)構(gòu)對(duì)DBR光纖激光器性能的影響，證明了微弱分布反饋信號(hào)在正向泵浦激光體系結(jié)構(gòu)的光譜凈化中起著決定性的作用。綜上所述，上述光譜調(diào)控機(jī)制對(duì)其他激光參數(shù)的極端調(diào)控具有一定參考價(jià)值。



參考文獻(xiàn)：
[1].M. S. -B. Hossain et al., "Probabilistic Shaping for High-Speed Unamplified IM/DD Systems With an O-Band EML," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 16, pp. 5373-5382, 15 Aug.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3263039.
[2].Y. Li et al., "High-Data-Rate and Wide-Steering-Range Optical Wireless Communication via Nonuniform-Space Optical Phased Array," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 15, pp. 4933-4940, 1 Aug.1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3252166.
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[6].L. Dang et al., "Spectrum Extreme Purification and Modulation of DBR Fiber Laser With Weak Distributed Feedback," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 16, pp. 5437-5444, 15 Aug.15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3256795.