2021年11月PTL光通信论文评析
发布时间：2021-12-21 10:40:59 热度：1437
12/21/2021，光纤在线讯，光纤在线特约编辑：邵宇丰，王安蓉，于妮，田青，伊林芳，杨骐铭，李彦霖，陈鹏，李冲，刘栓凡，左仁杰，袁杰。
2021年11月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：相干光收发、光电振荡器、模拟噪声加密系统、数字信号处理、模分复用、半导体光放大器等，笔者将逐一评析。
1、相干光收发
日本香川大学的Takahiro Kodama等研究人员设计了一种奈奎斯特（N）-波分复用（WDM）相干光收发机，他们采用了符号速率自适应和防护频带技术，在光网络单元（ONU）和光线路终端（OLT）中采用非对称带宽（BW）发送和接收以奈奎斯特间隔排列的WDM信号，如图1所示。研究人员在全双工光纤链路中采用同相正交调制器（IQM）和相干收发机成功传输了2SB×12.5Gsymbol/s/SB双极性正交相移键控（DP-QPSK）和4SB×6.25Gsymbol/SB DP-QPSK信号[1]。研究表明，该方案在多路复用光传输中具有潜在应用价值。
2、光电振荡器
南昌大学的Kai Tu等研究人员设计了一种基于光电振荡的高温实时监测系统，主要应用了相移光纤布拉格光栅（PS-FBG）、可调谐激光器、光电探测器和电光调制器；其中，PS-FBG采用陶瓷封装并利用窄带特性产生了光电振荡信号，如图2所示。研究人员在490℃~495℃温度范围内测得PS-FBG反射光谱对温度响应为10.17pm/℃；光电振荡器的振动频率对温度响应为-1.24GHz/℃是PS-FSG对温度响应的125倍[2]。实验结果表明，该系统在金属冶炼、化学和制药工程等高温实时精准监测领域具有应用前景。
3、模拟噪声加密系统
上海交通大学的Lizhuo Zheng等研究人员设计了一种面向光学模拟噪声加密系统的自适应密钥方案（在数据传输前通过发送端和接收端对两组数据和模拟噪声进行存储和一次预共享）；其中，发射端采用一个双驱动马赫-曾德尔调制器（MZM）实现模拟噪声加密和数据调制；接收端采用电吸收调制激光器实现解密和数据解调，如图3所示。研究人员采用3.5GHz模拟噪声、正三角（RT）自适应算法和两个正交密钥成功实现了10Gbps 16QAM-OFDM信号的加密、传输和解密[3]。结果证明，该方案提升了光学模拟噪声加密系统应用的灵活性和安全性。
4、数字信号处理
法国诺基亚—贝尔实验室的A. May等研究人员基于光纤纵向功率剖面评估技术，设计了估算异常功率损失幅度的方案，并利用校准过程实现了对网络链路的实时监控，如图4所示。研究表明，当异常位于距跨度起点0km处时，估计偏差小于0.2dB，损耗值为10dB；当异常位于距跨度起点25km处时，观测到同样的估计偏差，损耗值为5dB；两种情况下估计的标准差都小于0.2dB[4]。上述结果证明，该方案具有较好的估计精度，可用于波分复用系统的实时监控。
5、模分复用
美国康宁公司的Kangmei Li等研究人员设计了一种小成本、低功耗的模分复用（MDM）系统；其中，采用了850nm单模（SM）垂直腔面发射激光器（VCSEL）作激光源，实现了信号在标准单模光纤上的传输，如图5所示。研究人员将标准单模光纤作为少模传输光纤（FMF），对基于模式选择耦合器（MSC）的复用器（Mux）和解复用器（DeMux）进行了详细描述。研究结果表明，在25Gb/s MDM系统中的1km标准单模光纤传输信号无误码，且Mux和DeMux的插入损耗和串扰较低[5]。因此，采用VCSEL和标准单模光纤的上述方案能为数据中心应用的MDM系统提供性价比较高的传输解决方案。
6、半导体光放大器
希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学的T.Moschos等研究人员采用两个具有交叉增益调制效应的半导体光放大器（SOA-XGM），设计了一种全光双稳态单片集成波导存储器，实现了5Gb/s光信号的存储操作和波长切换操作，如图6所示。测试结果表明，进行信号存储操作时消光比为6dB，误码率损耗为4.6dB；进行波长切换操作时，误码率值为10-9，存在3.5dB功率损耗[6]。与马赫-曾德尔干涉仪（SOA-MZI）置/复位触发器（SR-FF）混合架构方案相比，该光子存储器空间配置占用体积小，能为全光信息处理架构提供信号处理快速可靠的磷化铟（InP）波导存储解决方案。
参考文献
[1]Kodama T, Shimada K, Matsumoto R, et al. Frequency-Packed Multiband-Coherent Transceiver With Symbol Rate-Adaptive Nyquist WDM Signals[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1205-1208.
[2]Tu K, Xie Z, Zeng W, et al. High Temperature Accurate Monitoring Based on Phase-Shifting Grating and Photoelectric Oscillation[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1169-1172.
[3]Zheng L, Zhang Z, Fok M P, et al. Optical Analog Noise Encryption With Adaptive Recovery of Two-Dimensional Keys[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1185-1188.
[4]May, F. Boitier, E. Awwad, P. Ramantanis, M. Lonardi and P. Ciblat, "Receiver-Based Experimental Estimation of Power Losses in Optical Networks," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1238-1241, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3115627.
[5]K. Li et al., “Mode Division Multiplexed 850-nm Single-Mode VCSEL Transmission Using Standard Single-Mode Fiber,” in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1231-1234, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3114397.
[6]T. Moschos et al., "Monolithically Integrated InP Bistable Photonic Waveguide Memory," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1274-1277, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3117143.
2021年11月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：相干光收发、光电振荡器、模拟噪声加密系统、数字信号处理、模分复用、半导体光放大器等，笔者将逐一评析。
1、相干光收发
日本香川大学的Takahiro Kodama等研究人员设计了一种奈奎斯特（N）-波分复用（WDM）相干光收发机，他们采用了符号速率自适应和防护频带技术，在光网络单元（ONU）和光线路终端（OLT）中采用非对称带宽（BW）发送和接收以奈奎斯特间隔排列的WDM信号，如图1所示。研究人员在全双工光纤链路中采用同相正交调制器（IQM）和相干收发机成功传输了2SB×12.5Gsymbol/s/SB双极性正交相移键控（DP-QPSK）和4SB×6.25Gsymbol/SB DP-QPSK信号[1]。研究表明，该方案在多路复用光传输中具有潜在应用价值。
2、光电振荡器
南昌大学的Kai Tu等研究人员设计了一种基于光电振荡的高温实时监测系统，主要应用了相移光纤布拉格光栅（PS-FBG）、可调谐激光器、光电探测器和电光调制器；其中，PS-FBG采用陶瓷封装并利用窄带特性产生了光电振荡信号，如图2所示。研究人员在490℃~495℃温度范围内测得PS-FBG反射光谱对温度响应为10.17pm/℃；光电振荡器的振动频率对温度响应为-1.24GHz/℃是PS-FSG对温度响应的125倍[2]。实验结果表明，该系统在金属冶炼、化学和制药工程等高温实时精准监测领域具有应用前景。
3、模拟噪声加密系统
上海交通大学的Lizhuo Zheng等研究人员设计了一种面向光学模拟噪声加密系统的自适应密钥方案（在数据传输前通过发送端和接收端对两组数据和模拟噪声进行存储和一次预共享）；其中，发射端采用一个双驱动马赫-曾德尔调制器（MZM）实现模拟噪声加密和数据调制；接收端采用电吸收调制激光器实现解密和数据解调，如图3所示。研究人员采用3.5GHz模拟噪声、正三角（RT）自适应算法和两个正交密钥成功实现了10Gbps 16QAM-OFDM信号的加密、传输和解密[3]。结果证明，该方案提升了光学模拟噪声加密系统应用的灵活性和安全性。
4、数字信号处理
法国诺基亚—贝尔实验室的A. May等研究人员基于光纤纵向功率剖面评估技术，设计了估算异常功率损失幅度的方案，并利用校准过程实现了对网络链路的实时监控，如图4所示。研究表明，当异常位于距跨度起点0km处时，估计偏差小于0.2dB，损耗值为10dB；当异常位于距跨度起点25km处时，观测到同样的估计偏差，损耗值为5dB；两种情况下估计的标准差都小于0.2dB[4]。上述结果证明，该方案具有较好的估计精度，可用于波分复用系统的实时监控。
5、模分复用
美国康宁公司的Kangmei Li等研究人员设计了一种小成本、低功耗的模分复用（MDM）系统；其中，采用了850nm单模（SM）垂直腔面发射激光器（VCSEL）作激光源，实现了信号在标准单模光纤上的传输，如图5所示。研究人员将标准单模光纤作为少模传输光纤（FMF），对基于模式选择耦合器（MSC）的复用器（Mux）和解复用器（DeMux）进行了详细描述。研究结果表明，在25Gb/s MDM系统中的1km标准单模光纤传输信号无误码，且Mux和DeMux的插入损耗和串扰较低[5]。因此，采用VCSEL和标准单模光纤的上述方案能为数据中心应用的MDM系统提供性价比较高的传输解决方案。
6、半导体光放大器
希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学的T.Moschos等研究人员采用两个具有交叉增益调制效应的半导体光放大器（SOA-XGM），设计了一种全光双稳态单片集成波导存储器，实现了5Gb/s光信号的存储操作和波长切换操作，如图6所示。测试结果表明，进行信号存储操作时消光比为6dB，误码率损耗为4.6dB；进行波长切换操作时，误码率值为10-9，存在3.5dB功率损耗[6]。与马赫-曾德尔干涉仪（SOA-MZI）置/复位触发器（SR-FF）混合架构方案相比，该光子存储器空间配置占用体积小，能为全光信息处理架构提供信号处理快速可靠的磷化铟（InP）波导存储解决方案。
参考文献
[1]Kodama T, Shimada K, Matsumoto R, et al. Frequency-Packed Multiband-Coherent Transceiver With Symbol Rate-Adaptive Nyquist WDM Signals[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1205-1208.
[2]Tu K, Xie Z, Zeng W, et al. High Temperature Accurate Monitoring Based on Phase-Shifting Grating and Photoelectric Oscillation[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1169-1172.
[3]Zheng L, Zhang Z, Fok M P, et al. Optical Analog Noise Encryption With Adaptive Recovery of Two-Dimensional Keys[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33(21): 1185-1188.
[4]May, F. Boitier, E. Awwad, P. Ramantanis, M. Lonardi and P. Ciblat, "Receiver-Based Experimental Estimation of Power Losses in Optical Networks," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1238-1241, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3115627.
[5]K. Li et al., “Mode Division Multiplexed 850-nm Single-Mode VCSEL Transmission Using Standard Single-Mode Fiber,” in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1231-1234, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3114397.
[6]T. Moschos et al., "Monolithically Integrated InP Bistable Photonic Waveguide Memory," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 22, pp. 1274-1277, 15 Nov.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3117143.
