光纖在線特邀編輯：邵宇豐，趙云杰，龍穎，胡欽政
2018年11月出版的PTL主要刊登了以下方向的文章，包括：激光器、光通信系統(tǒng)、有源光子器件、光學(xué)濾波等，筆者將逐一評(píng)析。
1. 激光器
來自美國帕薩迪納OEwaves公司的Wei Liang等研究人員使用搭建了一個(gè)微型半導(dǎo)體激光系統(tǒng)，其特點(diǎn)是具有優(yōu)異的光譜純度和低強(qiáng)度噪聲。他們制備了一種高光譜純度自注入鎖定的分布反饋（DFB）式半導(dǎo)體激光器，相對(duì)強(qiáng)度噪聲（RIN）在1kHz時(shí)接近-143dB/Hz，在100kHz時(shí)頻率偏移值接近-160dB/Hz。激光器的頻率噪聲在1kHz時(shí)為2Hz/Hz1/2。上述激光器的輸出功率超過70mW（自由空間光束輸出為110 mW），可在幾百kHz范圍內(nèi)調(diào)頻，也可在幾十GHz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧。由于利用饋送激光器芯片的低噪聲電流源和飽和SOA降低了激光器的振幅噪聲，因此實(shí)現(xiàn)了低強(qiáng)度噪聲性能。相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置

2. 光通信系統(tǒng)
具有接近香農(nóng)極限性能的LDPC碼已被廣泛用于光纖通信和5G移動(dòng)通信系統(tǒng)。東南大學(xué)國家移動(dòng)通信研究實(shí)驗(yàn)室的Yuan He等科研人員研究了固定信號(hào)功率下LDPC編碼DCO-OFDM系統(tǒng)的直流偏置優(yōu)化過程。他們證明在給定光功率的約束下，通過改進(jìn)的外部信息傳遞（PEXIT）過程可以分析和優(yōu)化信號(hào)功率及DC偏置。他們還修改基于原型的PEXIT過程，利用搜索最低迭代閾值來找到直流偏置和信號(hào)功率之間的優(yōu)化比率，來解決聯(lián)合優(yōu)化問題。他們提供了對(duì)PEXIT分析和SNDR策略之間不匹配的解碼度量的新見解，并設(shè)計(jì)了近似方法來簡(jiǎn)化在容忍DC偏置下比率優(yōu)化的搜索過程。研究結(jié)果表明：通過改進(jìn)編碼調(diào)制方案，可以更有效解決DCO-OFDM系統(tǒng)中的相關(guān)優(yōu)化問題。其系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 LDPC編碼DCO-OFDM系統(tǒng)的框圖及其在路燈調(diào)光控制中的應(yīng)用
可見光通信(VLC)被認(rèn)為是一種可實(shí)現(xiàn)高速接入的室內(nèi)通信技術(shù)。為基于調(diào)制帶寬超過800 MHz的GaN LED來實(shí)現(xiàn)VLC的高速傳輸過程，利用高階調(diào)制格式和正交頻分復(fù)用（OFDM）的技術(shù)被研究。Kaiquan Wu等研究人員設(shè)計(jì)了基于OCT預(yù)編碼的比特交織極性編碼調(diào)制（BIPCM）方案，并在256QAM OFDM-VLC系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，通過使用帶寬75MHz的藍(lán)光LED，基于OCT的方案可以實(shí)現(xiàn)80cm自由空間傳輸?shù)牡脱舆t傳輸，數(shù)據(jù)速率為343 Mb/s，誤碼率低于1×10-3。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 基于OCT預(yù)編碼的OFDM-VLC系統(tǒng)框圖

3.有源光子器件
表面浮雕光柵和薄膜波導(dǎo)構(gòu)成的導(dǎo)模諧振濾波器(GMRF)是一種很有應(yīng)用前景的光子元件，原因是其具有超強(qiáng)的波長選擇能力。前期的研究中可調(diào)諧GMRF雖然具有獨(dú)特的光譜特性和應(yīng)用前景，但是仍然存在峰值效率低、線寬大和邊帶高等缺點(diǎn)，這將影響共振光譜的單色性。哈爾濱理工大學(xué)航天學(xué)院的Zhibin Ren等研究人員設(shè)計(jì)了基于TN-LC偏振旋轉(zhuǎn)器的多原色可調(diào)GMRF，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。他們從理論上研究了由橫向電（TE）和磁（TM）偏振入射光照射下GMRF的特性，并控制了可調(diào)諧濾波器的TN-LC上施加的電壓，并顯示了從GMRF反射的六種原色，實(shí)時(shí)獲得了3~6個(gè)高飽和原色。在電壓關(guān)閉狀態(tài)下，他們實(shí)驗(yàn)測(cè)得三原色的中心波長在藍(lán)色區(qū)域?yàn)?23.8nm，綠色區(qū)域?yàn)?20.2nm，紅色區(qū)域?yàn)?01.4nm。在電壓接通狀態(tài)下，測(cè)量的三原色的中心波長位于451.0nm處為藍(lán)色，553.6nm為綠色，636.5nm為紅色。與先前報(bào)道的可調(diào)諧CF相比，其窄線寬和低邊帶得到改善。上述可調(diào)諧GMRF的特殊功能可能在彩色顯示器、圖像傳感器和光學(xué)開關(guān)等制備方面有潛在應(yīng)用。其工作原理如圖5所示。

圖4 三層可調(diào)GMRF的結(jié)構(gòu)圖

圖5 可調(diào)諧濾波器的工作原理

4. 光學(xué)濾波
伊朗沙赫德貝赫什蒂大學(xué)電氣工程系的Masoud Kamran等研究人員基于光MZI架構(gòu)，設(shè)計(jì)了新穎的PC濾波器設(shè)計(jì)方案。他們介紹了單級(jí)和多級(jí)PC-MZI濾波器，并分析了它們的工作波長，并通過改變單級(jí)PC-MZI結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生周期頻率響應(yīng)。他們分析了基于MZI結(jié)構(gòu)的單級(jí)（SS）濾波器的設(shè)計(jì)過程（結(jié)構(gòu)如圖6所示），并提出了基于SS濾波器的多級(jí)濾波器架構(gòu)（如圖7所示）。從概念設(shè)計(jì)的角度，他們仿真了具有周期輸出譜的新型對(duì)稱和非對(duì)稱單級(jí)和多級(jí)PC-MZI，并對(duì)SS濾波器和MS濾波器進(jìn)行了比較，將其分類為寬帶濾波器和窄帶濾波器。上述工作為多級(jí)MZI器件設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，并指出PC-MZ濾波器在光濾波器、波長多路復(fù)用器和交織器制備方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖6 單級(jí)光學(xué)濾波器結(jié)構(gòu)

圖7 四種原型多級(jí)架構(gòu)

參考文獻(xiàn)
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