11/20/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯，邵宇豐，王安蓉，胡文光，楊林婕，柳海楠，李文臣，陳超，張顏鷺，岳京歌，靳清清。

2023年10月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：微波光子信號處理、激光器、PON系統(tǒng)、PS-PAM4調(diào)制、光時(shí)域傳感器、調(diào)制器偏置控制等，筆者逐一評析。

1、微波光子信號處理
暨南大學(xué)光子技術(shù)研究所的Zeng Shengkang等研究人員設(shè)計(jì)了采用雙偏振雙驅(qū)動馬赫-曾德爾調(diào)制器（DP-DDMZM）和偏振器進(jìn)行微波信號光子聚合的新方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如圖1所示[1]。他們通過控制DP-DDMZM和偏振器的相位和幅度，將四路具有相同載波頻率的二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）微波信號聚合成16進(jìn)制正交幅度調(diào)制（16QAM）光信號；并將聚合后的光信號經(jīng)由光纖傳輸至相干接收器以解調(diào)恢復(fù)BPSK信號。研究結(jié)果表明：無光纖和采用8.9 km光纖傳輸時(shí)，16QAM信號的誤差矢量幅度（EVM）分別為6.91%和9.21%，偏振分復(fù)用（PDM）技術(shù)的應(yīng)用還可以同時(shí)使得傳輸容量翻倍。綜上所述，與不進(jìn)行聚合的4路BPSK信號單路傳輸相比，聚合后的16QAM光信號的收發(fā)具有復(fù)雜度低、頻譜效率高的優(yōu)點(diǎn)，在未來寬帶信號傳輸領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 



2、激光器
巴黎理工學(xué)院的Cui等研究人員研究了光反饋?zhàn)饔孟鹿ぷ饔谕ㄐ挪ǘ蔚幕旌系入x子體分布式反饋（DFB）激光器的非線性特性，并設(shè)計(jì)了新型混合等離子體DFB激光器結(jié)構(gòu)（由DFB激光器、光柵耦合器和表面等離子體極化激元（SPP）波導(dǎo)組成），如圖2所示[2]。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過測量強(qiáng)度噪聲分析了松弛振蕩頻率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了與使用介電波導(dǎo)制成的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體激光器相比，該激光器具有8dB的裕度；且驗(yàn)證了在光反饋?zhàn)饔孟禄旌系入x子體器件難以形成混沌態(tài)。研究結(jié)果表明：與標(biāo)準(zhǔn)量子阱DFB器件相比，等離子體器件具有更寬周期振蕩窗口。綜上所述，新型DFB激光器的結(jié)構(gòu)特性將有利于其用于超高速數(shù)據(jù)光通信系統(tǒng)。



3、PON系統(tǒng)
上海交通大學(xué)的Jiang Wenqing等研究人員采用Volterra非線性均衡器（VNLE），設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測（IM/DD）的PON系統(tǒng)，如圖3所示；其中應(yīng)傳輸?shù)乃碾娖矫}沖幅度調(diào)制（PAM4）信號由任意波形發(fā)生器（AWG）產(chǎn)生；傳輸后的光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后生成的電信號通過15GHz帶寬的30GSa/s 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)字示波器（DSO）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。其中，分辨率6bit的數(shù)字信號由ADC采樣得到，通過現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）夾層卡（FMC）傳輸?shù)紽PGA，并由千兆收發(fā)器接收。在預(yù)處理后，在FPGA中以每符號1個(gè)樣本操作的VNLE來補(bǔ)償信號[3]。研究結(jié)果表明：在30Gb/s速率O波段IM/DD PON系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)ADC-FPGA接收機(jī)采用VNLE后總功耗下降了71.6%，功率預(yù)算僅下降了0.2dB；在均衡之后，隨著VNLE階數(shù)的增加，誤碼率（BER）逐漸降低。綜上所述，該方案實(shí)驗(yàn)證明了PON系統(tǒng)中使用VNLE在提升信號接收質(zhì)量和降低成本方面具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。



4、PS-PAM4調(diào)制
華僑大學(xué)的Yu Haiyun等研究人員設(shè)計(jì)了聯(lián)合極性編碼調(diào)制的概率整形（PS）方案，并采用強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測（IM/DD）四電平脈沖幅度調(diào)制（PAM4）系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，如圖4所示。該方案采用比特權(quán)重構(gòu)（BWR）模式實(shí)現(xiàn)了PS過程，即采用兩比特置換（BP）操作來重用凍結(jié)比特進(jìn)行整形，可在既沒有額外整形比特也沒有額外FEC冗余的情況下，增強(qiáng)比特“0”的概率權(quán)重來獲得所需的PS分布[4]。其中，具有3/4碼率的30GBaud極性編碼PS-PAM4信號由具備50GSa/s采樣率、18GHz帶寬的任意波形發(fā)生器（AWG）生成。研究人員采用實(shí)時(shí)示波器（OSC）對接收PS-PAM4信號進(jìn)行數(shù)字信號處理（離線DSP處理）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在含5km光纖鏈路的光互聯(lián)系統(tǒng)中，使用該P(yáng)S-PAM4信號，能提升接收機(jī)功率靈敏度1.7dB，并提升2.6dB的系統(tǒng)對光纖非線性效應(yīng)的容忍度。綜上所述，該方案具備數(shù)字信號處理復(fù)雜度低且能提升信號接收靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，因此它在光互連應(yīng)用領(lǐng)域有一定的應(yīng)用潛力。



5、光時(shí)域傳感器
南京航空航天大學(xué)的Yuyang Zhang等研究人員設(shè)計(jì)了一種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的新型擬合方法（采用稀疏頻率布里淵譜增強(qiáng)擬合網(wǎng)絡(luò)（SF-BSEFN）），在布里淵光時(shí)域傳感器（BOTDS）中直接從頻率稀疏采樣的布里淵增益譜（BGS）中提取布里淵頻移（BFS），實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。其中，使用SF-BSEFN 獲得的擬合精度是使用傳統(tǒng) ANN 方法的1.6倍；當(dāng)BGS的平均次數(shù)超過4000時(shí)，溫度測量的不確定度為0.16℃，這與使用傳統(tǒng)高分辨率的BGS-ANN獲得的溫度測量不確定度幾乎相同，但該方法的數(shù)據(jù)采集速度是傳統(tǒng) BOTDS的20倍[5]。綜上所述：通過采用稀疏頻率采樣策略，僅需要收集位于不同散射頻率的少量時(shí)間軌跡，并使用大頻率掃描步長，可顯著提高BOTDS的測量速度；SF-BSEFN 合并了包含高分辨率BGS信息的數(shù)據(jù)增強(qiáng)層，還有助于避免擬合精度的下降。綜上所述，該方案在光時(shí)域傳感器應(yīng)用領(lǐng)域有一定的參考價(jià)值。



6、調(diào)制器偏置控制
韓國延世大學(xué)的Hyun-Kyu Kim等研究人員采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和驅(qū)動電路組成的控制器，自動調(diào)節(jié)硅基馬赫曾德爾調(diào)制器（Si-MZM）的正交偏置所需的驅(qū)動電壓，并防止溫度和輸入光功率波動，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。在鎖定模式期間，當(dāng)監(jiān)測到傳輸特性不是最佳時(shí)，通過改變偏置電壓來維持正交偏置條件[6]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該偏置控制器能使Si-MZM以更低的功耗實(shí)現(xiàn)高性能；雖然控制器是用FPGA設(shè)計(jì)的，但控制硬件制備簡單，并以用定制的集成電路（IC）來實(shí)現(xiàn)，大大減小了尺寸和功耗，因此上述方案具有一定的潛在應(yīng)用價(jià)值。



參考文獻(xiàn)
[1]S. Zeng et al., "Photonic Aggregation of Microwave Signals With Electro-Optic Modulation and Polarization Combination," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 19, pp. 1059-1062, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3297967.
[2]D. Cui, J. Chen, A. Bousseskou, H. Huang and F. Grillot, "Sustained Feedback-Induced Oscillations in a Hybrid Single Mode Semiconductor Plasmonic Laser," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 20, pp. 1090-1093, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3296962.
[3]W. Jiang, L. Huang, Y. Xu, Z. He, W. Hu and L. Yi, "Real-Time Deployment of Simplified Volterra Nonlinear Equalizer in High-Speed PON," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 19, pp. 1067-1070, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3299300.
[4]H. Yu et al., "A Novel Probabilistic Shaping PAM4 Employing Bit Weight Reconstruction for Optical Interconnection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 20, pp. 1123-1126, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3301970.
[5]Y. Zhang, Y. Lu and J. Peng, "Fast Brillouin Frequency Shift Retrieval by Sparse Frequency Enhanced Neural Network," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 20, pp. 1102-1105, 15 Oct.15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3301556.
[6]H. -K. Kim, K. Kim, M. -H. Seong, Y. Ji and W. -Y. Choi, "A Bias Controller for Si Mach-Zehnder Modulator," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 19, pp. 1027-1030, 1 Oct.1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3297177.