12/25/2023，光纖在線訊，光纖在線特約編輯：邵宇豐，王安蓉，李文臣，胡文光，陳超，楊林婕，柳海楠，張顏鷺，岳京歌，靳清清。

2023年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纖無線通信、光學(xué)均衡、垂直腔面發(fā)射激光器、全光非線性激勵(lì)器、水下光通信等，筆者將逐一評(píng)析。

1、光纖無線通信
日本東京國立通信技術(shù)研究所的Zu Kai Weng等研究人員設(shè)計(jì)了一種雙波長數(shù)字RoF（DRoF）系統(tǒng)，系統(tǒng)鏈路中傳輸由Δ-∑調(diào)制的準(zhǔn)2位256-QAM OFDM信號(hào)；如圖1所示，發(fā)射機(jī)中采用了四電平調(diào)制方案和傳統(tǒng)1、2位Δ-∑調(diào)制方案。其中，四電平調(diào)制方案采用了2位Δ-∑調(diào)制器，并配置1比特分離器將2位M進(jìn)制QAM-OFDM數(shù)據(jù)分離成兩個(gè)1位數(shù)據(jù)流；兩個(gè)1位數(shù)據(jù)流被識(shí)別為最高有效位（MSB）和最低有效位（LSB），并分別編碼到不同的光載波上。研究人員在實(shí)驗(yàn)中采用400 MHz的 16-QAM、64-QAM和128-QAM OFDM信號(hào)作為測試信號(hào)，經(jīng)過25km單模光纖傳輸后上述信號(hào)的最寬動(dòng)態(tài)接收范圍25.78、17.81和13.46 dB的（遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方案測得的數(shù)值）；如果通過25km單模光纖傳輸準(zhǔn)2位Δ-∑調(diào)制的256-QAM OFDM信號(hào)，僅有1.38dB的功率損失[1]。研究結(jié)果表明：該方案的應(yīng)用兼具提升系統(tǒng)信號(hào)信噪比和抵抗光纖非線性負(fù)面影響的優(yōu)勢，這為 DRoF系統(tǒng)的未來應(yīng)用提供了新型參考實(shí)施方案。

  

西安信息導(dǎo)航學(xué)院的Congrui Gao等人針對(duì)多徑效應(yīng)和非線性失真對(duì)傳輸信號(hào)的影響，在光載無線通信（RoF）系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了輔助光纖傳輸信號(hào)的數(shù)字自干擾消除（DSIC）方案，如圖2所示（其中，采用快速橫向遞歸最小二乘（FTRLS）濾波器來克服多徑效應(yīng)影響）[2]。研究結(jié)果表明：當(dāng)信號(hào)經(jīng)過10km光纖傳輸后，在X頻段和Ku頻段的50 MHz帶寬上能實(shí)現(xiàn)38dB和34dB的抵消深度值；在自干擾消除（SIC）后可成功恢復(fù)25Mbaud的16QAM標(biāo)志信號(hào)（SOI）。此外，在信道估計(jì)過程中應(yīng)用FTRLS后每次迭代僅需7N+14次乘法運(yùn)算次數(shù)（定義濾波器階數(shù)為N時(shí)）；當(dāng)N=80時(shí)，相比較RLS、DNN、Volterra-RLS算法可節(jié)省86%以上的計(jì)算量。綜上所述，該方案為提升RoF系統(tǒng)的收發(fā)信號(hào)性能和降低數(shù)字信號(hào)處理復(fù)雜度提供了借鑒參考。

     
 
2、光學(xué)均衡
浙江大學(xué)Yufan Zhang等研究人員針對(duì)硅光電倍增管（SiPM）的死區(qū)時(shí)間引起的非線性退化問題，設(shè)計(jì)了一種采用工程勻光片（ED）進(jìn)行空間光均衡的方案。如圖3所示，應(yīng)用ED能產(chǎn)生均勻光斑，可防止SiPM中的部分像素飽和并使其工作在線性范圍內(nèi)[3]。研究結(jié)果證明：在死區(qū)時(shí)間為100ns接收光功率為-44dBm時(shí)，計(jì)數(shù)損失可以降至28.76%；在7m水箱實(shí)驗(yàn)中，研究人員采用含SiPM的水下光通信系統(tǒng)通過光均衡方法實(shí)現(xiàn)了70Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，在前向糾錯(cuò)編碼限制范圍內(nèi)的接收光功率值達(dá)到了-52dBm。綜上所述，該光學(xué)均衡方法對(duì)降低SiPM死區(qū)時(shí)間引起的非線性影響提供了參考借鑒。

    
  
3、垂直腔面發(fā)射激光器
北京郵電大學(xué)的Kai Liu等研究人員設(shè)計(jì)了通過增加垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）高階模的水平擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)單模VCSEL的制備。如圖4所示，在傳統(tǒng)氧化型VCSEL的頂部和底部的分布式布拉格反射器（DBR）中分別引入頂部腔和底部腔，讓高階模向氧化周邊區(qū)域水平擴(kuò)展，使得高階模獲得較小增益而基模保持較高增益以實(shí)現(xiàn)基模與高階模的增益差異變大，最終制備單模VCSEL[2]。研究結(jié)果證明：該單模VCSEL可實(shí)現(xiàn)的邊模抑制比大于40dB，閾值電流為0.5mA時(shí)最大輸出功率為0.27mW；從遠(yuǎn)場圖和P-I-V曲線圖不難看出，該器件表現(xiàn)出單模激射性能。綜上所述，上述方案為制備單模VCSEL提供了新的思路。

      
 
4、全光非線性激勵(lì)器
電子科技大學(xué)的Caihong Teng等人采用光纖環(huán)形諧振器（FORR）設(shè)計(jì)了一種全光非線性激勵(lì)器，使其在光信號(hào)強(qiáng)度較低情況下實(shí)現(xiàn)非線性激勵(lì)。其中，F(xiàn)ORR 由無源光學(xué)元件組成，可以直接與現(xiàn)有光芯片組合。如同5所示，研究人員通過實(shí)驗(yàn)測量了FORR在光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ONN）中的非線性映射能力[4]。依據(jù)實(shí)施圖像分類和超分辨率重建兩個(gè)任務(wù)，證明了該器件的工作性能與常用的激勵(lì)函數(shù)（Relu）的性能相當(dāng)。上述研究為輔助全光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效部署提供了參考借鑒。

    

5、水下光通信
浙江大學(xué)的Yang Xingqi等研究人員設(shè)計(jì)了使用非相干光源的50m/300Mbps水下無線光通信（UWOC）系統(tǒng)，如圖6所示。研究人員為提高發(fā)射器的光功率設(shè)計(jì)了ED陣列，并利用光束整形透鏡組以減小發(fā)散角和提升接收器的光功率密度，有效延長了信號(hào)傳輸距離。研究人員采用了兩種接收方案來探測光信號(hào)，即分別采用多光電倍增管（PMT）的分集接收方案和PMT與光學(xué)天線相結(jié)合的高增益方案。由于LED和PMT存在帶寬限制，研究人員引入T橋預(yù)均衡器來減輕高頻衰減導(dǎo)致的符號(hào)間干擾（ISI），并采用Volterra非線性均衡器來進(jìn)一步補(bǔ)償ISI和非線性失真[6]。研究結(jié)果表明：該系統(tǒng)支持在50米距離上穩(wěn)定傳輸300Mbps的數(shù)據(jù)；通過波束成形設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)與采用LD的UWOC系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膫鬏斁嚯x和數(shù)據(jù)速率，而且可顯著放寬收發(fā)器對(duì)準(zhǔn)要求。綜上所述，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將為未來應(yīng)用UWOC系統(tǒng)提供借鑒參考。

      

參考文獻(xiàn)
[1]Weng Z K, Dat P T, Kanno A, et al. Robust Dual-wavelength DRoF Link by Quasi-2-bit 256-QAM OFDM with Delta-sigma Modulation[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023.
[2]Teng C, Tang X, Huang Y, et al. A high-stability all-optical nonlinear activator for optical computing[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023.
[3]K. Liu et al., "Single-Mode Vertical Cavity Surface Emitting Laser via High-Order Transverse Mode Expansion," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 21, pp. 6735-6740, 1 Nov.1, 2023.
[4]Y. Zhang et al., "Optical Equalization in SiPM-Based Underwater Optical Communication System," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 22, pp. 6949-6956, 15 Nov.15, 2023.
[5]Gao C, Zhu Z, Li H, et al. A Fiber-Transmission-Assisted Fast Digital Self-Interference Cancellation for Overcoming Multipath Effect and Nonlinear Distortion[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023.
[6]Yang X, Zhang Y, Hua Y, et al. 50-m/300-Mbps Underwater Wireless Optical Communication Using Incoherent Light Source[J]. Journal of Lightwave Technology, 2023.