2018年12月JLT光通信论文评析
发布时间：2019-01-15 17:48:43 热度：1563
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，赵云杰，龙颖，胡钦政
2018年12月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光波导，激光器，光网络，光纤传感技术以及光纤链路处理等。笔者将逐一评析。
1.光波导
最近，来自俄罗斯远东联邦大学的Anton V. Dyshlyuk等科研人员研究了三种SPR折光仪有如下三种配置—无基于体表面等离子体模式（SPM）激发的缓冲层，以及使用对称（SSPM）（长程）和反对称（ASPM）（短程）表面等离子体模式的缓冲层的特性。结果表明，SSPM可以实现较高的计量性能，但需要更合理的传感配置。如果考虑到传感器的小型化过程，则优选类型的等离子体模式应是反对称的，能够牺牲计量规格为代价来最小化传感部分的长度。从制备角度考虑，有吸引力的方案是没有缓冲层的配置，其在计量性能和传感部分长度方面介于基于SSPM和ASPM的折射之间。[1]
图1波导结构的示意图：（a）基于体表面等离子体激元模式激发的无缓冲层的SPR折射计; （b）具有缓冲层的SPR-折射计，基于对称（长程）或反对称（短程）表面等离子体模式的激发
2. 激光器
来自波兰电子材料技术研究所的Marcin Franczyk等科研人员分析了不同的折射率分布情况下（阶跃指数x^4, x^2, x^1和 x^0.5）激光器实现1000〖μm〗^2以上的有效模式面积。通过利用x^1折射率分布和足够低的折射率差异，可以实现高达1530〖μm〗^2的有效模式面积，并具有110〖μm〗^2的芯直径。该结构的弯曲半径为0.40-0.42米，且提供了有效的单模引导。据调研，这是全固态结构设计中目前实现的最大有效模式区域，可以实现低损耗的有效SM性能。另外，科研人员还发现，具有60 μm和70μm的x^2折射率分布结构分别能提供高达1015〖μm〗^2和1170〖μm〗^2的有效模式面积。假设设计的纤维折射率差∆n=3.5∙〖10〗^4 (NA=0.032),不难通过商用玻璃的纳米结构化制备技术获得[2]。
（a）
（b）
图2 （a）和（b）分别为在λ= 1050nm处具有各种折射率分布和纤芯直径为40μm以及50μm的纤维的弯曲损耗; 实线表示弯曲损耗; 虚线表示模式有效区域。
3. 光网络： 来自谢里夫科技大学的Mohammad Amir Dastgheib的科研人员指出可以结合终端用户移动性的选择来优化VLC网络的整体性能。一种方案是通过假设定位系统的可用性并利用室内VLC信道的固定特性，计算用户的数据速率并进行优化。科研人员设计了一种新颖的松弛方法，它有效地解决了移动感知和移动性问题；他们通过数值模拟证实了该方法的有效性，同时也消除了在每次迭代中应用额外argmax的需要。因此，Mohammad Amir Dastgheib等科研人员提出方法明显更快，并且可用于解决比例公平失调的问题。[3]
图3 利用切换效率的概念，基于VLC信道的精确模型不同切换场景对用户速率的影响。
4. 光纤传感技术
来自香港理工大学的Zhiyong Zhao等科研人员设计了基于多芯光纤（MCF）的空分多路复用分布式声学传感（DAS）和分布式温度传感（DTS），并完成了实验演示。利用MCF中的空间复用拉曼光时域反射（ROTDR）和相敏光时域反射（Φ-OTDR）混合传感系统，使用一组光脉冲源就可以并行进行自发拉曼散射信号和瑞利散射信号的测量。此外，ROTDR采用小波变换去噪技术具有增强的温度监测性能，可将最差温度不确定性从4.1℃降低到0.5℃，且超过5.76 km感应范围。基于MCF的空分复用（SDM）混合光纤的传感系统具有优异的实时分布式入侵检测和温度监测能力，它在石油天然气行业中能实现远程实时管道监测[4]。
图4 （a）七芯MCF的横截面。 （b）SDMΦ-OTDR和ROTDR混合传感器
5. 光纤链路维护：
最近来自华中科技大学的Songnian Fu制造和表征了支持12种空间和偏振模式的熊猫型少模光纤（panda-FMF），由于在传统的圆芯少模光纤（c-FMF）中使用了两个应力杆，因此具有模式和极化维持的独特性。研究表明，空间和正交线性偏振模式之间的有效RI差异均大于1×〖10〗^(-4)。其中，径向非对称模式，例如LP_11a模式，即使在强烈的外部扰动下，也可以在panda-FMF上传播和维持模式轮廓和极化状态。实验结果表明，当panda-FMF在0~1.57rad/m范围内扭曲时，LP_11a和LP_21a模式的相关系数分别为0.923和0.814，相应的PER分别为20.8 dB和20.1 dB。[5]
图5 熊猫型FMF的结构示意图
参考文献：
Anton V. Dyshlyuk, “Waveguide-Based Refractometers Using Bulk, Long-and Short-Range Surface Plasmon Modes: Comparative Study”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 23, pp. 5319–5326, December 1,2018.
Marcin Franczyk, “Numerical Studies on Large-Mode Area Fibers With Nanostructured Core for Fiber Lasers”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 23, pp. 5334–5343, December 1,2018.
Mohammad Amir Dastgheib, “Mobility-Aware Resource Allocation in VLC Networks Using T-Step Look-Ahead Policy”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 23, pp. 5358–5369, December 1,2018.
Zhiyong Zhao, “Enabling Simultaneous DAS and DTS Through Space-Division Multiplexing Based on Multicore Fiber”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 24, pp. 5707–5713, December 15,2018.
Songnian Fu, “Panda Type Few-Mode Fiber Capable of Both Mode Profile and Polarization Maintenance”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 24, pp. 5780–5785, December 15,2018.
2018年12月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光波导，激光器，光网络，光纤传感技术以及光纤链路处理等。笔者将逐一评析。
1.光波导
最近，来自俄罗斯远东联邦大学的Anton V. Dyshlyuk等科研人员研究了三种SPR折光仪有如下三种配置—无基于体表面等离子体模式（SPM）激发的缓冲层，以及使用对称（SSPM）（长程）和反对称（ASPM）（短程）表面等离子体模式的缓冲层的特性。结果表明，SSPM可以实现较高的计量性能，但需要更合理的传感配置。如果考虑到传感器的小型化过程，则优选类型的等离子体模式应是反对称的，能够牺牲计量规格为代价来最小化传感部分的长度。从制备角度考虑，有吸引力的方案是没有缓冲层的配置，其在计量性能和传感部分长度方面介于基于SSPM和ASPM的折射之间。[1]
图1波导结构的示意图：（a）基于体表面等离子体激元模式激发的无缓冲层的SPR折射计; （b）具有缓冲层的SPR-折射计，基于对称（长程）或反对称（短程）表面等离子体模式的激发
2. 激光器
来自波兰电子材料技术研究所的Marcin Franczyk等科研人员分析了不同的折射率分布情况下（阶跃指数x^4, x^2, x^1和 x^0.5）激光器实现1000〖μm〗^2以上的有效模式面积。通过利用x^1折射率分布和足够低的折射率差异，可以实现高达1530〖μm〗^2的有效模式面积，并具有110〖μm〗^2的芯直径。该结构的弯曲半径为0.40-0.42米，且提供了有效的单模引导。据调研，这是全固态结构设计中目前实现的最大有效模式区域，可以实现低损耗的有效SM性能。另外，科研人员还发现，具有60 μm和70μm的x^2折射率分布结构分别能提供高达1015〖μm〗^2和1170〖μm〗^2的有效模式面积。假设设计的纤维折射率差∆n=3.5∙〖10〗^4 (NA=0.032),不难通过商用玻璃的纳米结构化制备技术获得[2]。
（a）
（b）
图2 （a）和（b）分别为在λ= 1050nm处具有各种折射率分布和纤芯直径为40μm以及50μm的纤维的弯曲损耗; 实线表示弯曲损耗; 虚线表示模式有效区域。
3. 光网络： 来自谢里夫科技大学的Mohammad Amir Dastgheib的科研人员指出可以结合终端用户移动性的选择来优化VLC网络的整体性能。一种方案是通过假设定位系统的可用性并利用室内VLC信道的固定特性，计算用户的数据速率并进行优化。科研人员设计了一种新颖的松弛方法，它有效地解决了移动感知和移动性问题；他们通过数值模拟证实了该方法的有效性，同时也消除了在每次迭代中应用额外argmax的需要。因此，Mohammad Amir Dastgheib等科研人员提出方法明显更快，并且可用于解决比例公平失调的问题。[3]
图3 利用切换效率的概念，基于VLC信道的精确模型不同切换场景对用户速率的影响。
4. 光纤传感技术
来自香港理工大学的Zhiyong Zhao等科研人员设计了基于多芯光纤（MCF）的空分多路复用分布式声学传感（DAS）和分布式温度传感（DTS），并完成了实验演示。利用MCF中的空间复用拉曼光时域反射（ROTDR）和相敏光时域反射（Φ-OTDR）混合传感系统，使用一组光脉冲源就可以并行进行自发拉曼散射信号和瑞利散射信号的测量。此外，ROTDR采用小波变换去噪技术具有增强的温度监测性能，可将最差温度不确定性从4.1℃降低到0.5℃，且超过5.76 km感应范围。基于MCF的空分复用（SDM）混合光纤的传感系统具有优异的实时分布式入侵检测和温度监测能力，它在石油天然气行业中能实现远程实时管道监测[4]。
图4 （a）七芯MCF的横截面。 （b）SDMΦ-OTDR和ROTDR混合传感器
5. 光纤链路维护：
最近来自华中科技大学的Songnian Fu制造和表征了支持12种空间和偏振模式的熊猫型少模光纤（panda-FMF），由于在传统的圆芯少模光纤（c-FMF）中使用了两个应力杆，因此具有模式和极化维持的独特性。研究表明，空间和正交线性偏振模式之间的有效RI差异均大于1×〖10〗^(-4)。其中，径向非对称模式，例如LP_11a模式，即使在强烈的外部扰动下，也可以在panda-FMF上传播和维持模式轮廓和极化状态。实验结果表明，当panda-FMF在0~1.57rad/m范围内扭曲时，LP_11a和LP_21a模式的相关系数分别为0.923和0.814，相应的PER分别为20.8 dB和20.1 dB。[5]
图5 熊猫型FMF的结构示意图
参考文献：
Anton V. Dyshlyuk, “Waveguide-Based Refractometers Using Bulk, Long-and Short-Range Surface Plasmon Modes: Comparative Study”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 23, pp. 5319–5326, December 1,2018.
Marcin Franczyk, “Numerical Studies on Large-Mode Area Fibers With Nanostructured Core for Fiber Lasers”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 23, pp. 5334–5343, December 1,2018.
Mohammad Amir Dastgheib, “Mobility-Aware Resource Allocation in VLC Networks Using T-Step Look-Ahead Policy”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 23, pp. 5358–5369, December 1,2018.
Zhiyong Zhao, “Enabling Simultaneous DAS and DTS Through Space-Division Multiplexing Based on Multicore Fiber”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 24, pp. 5707–5713, December 15,2018.
Songnian Fu, “Panda Type Few-Mode Fiber Capable of Both Mode Profile and Polarization Maintenance”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 24, pp. 5780–5785, December 15,2018.
