2018年11月JLT光通信论文评析
发布时间：2019-01-15 18:05:16 热度：3094
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，赵云杰，龙颖，胡钦政
2018年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光网络，光子器件，光调制技术、激光器等。笔者将逐一评析。
1. 光网络
未来的电子战（EW）通信系统必须支持更多种类的信号，并在更大带宽上运行，其频率范围最好能扩充至毫米波领域；但要满足上述需求，通信系统的尺寸，重量和功率（SWaP）设计过程将受到面临更大的挑战。因此，射频（RF）光子技术的研究应运而生。Arthur C. Paolella指出：射频光子器件的开发和飞行演示的部署程序表明，RF光子技术的应用日趋成熟；其中的演示利用了由分立元件制造的系统，分立元件包括封装的RF元件并与光缆互连。对于大型机载系统，分立元件的组合足够应对；但在有限空间的系统中（例如无人驾驶飞行器（UAV），直升机和移动平台），用分立元件制备的RF光子学器件显然不行；使用混合光子集成电路技术则可以将SWaP显著降低。混合光子集成电路结合了各种光电子组件（例如光源，探测器和调制器等）；上述组件由透镜，分束器和合束器组成的自由空间微光学器件在封装中互连。RF光子混合系统的框图如图1所示。
图1 RF光子混合系统的示意图
2. 光子器件
目前，塑料光纤（POF）已经在电信领域特别是航空电子领域得到深度应用，但必须注意不断变化的温度条件对该类光纤应用的影响。最近，Alicia Lo′pez等研究人员评估了室温下POF的通信链路的传输性能，并比较了单芯和多芯标准光纤和耐热光纤的性能。此外，他们还测量了两路单芯光纤链路的温度变化特性。研究人员发现：单芯光纤比多芯光纤具有更好的传输特性；也就是说，测量传输后接收信号的误码率对温度变化不敏感，相关实验装置如图2所示。
图2 相关实验装置
Xiang Xu等研究人员使用液相剥离技术并结合真空过滤法制备了具有不同厚度水平的ReS_2薄膜。他们通过openaperture（OA）Z扫描技术研究了薄膜在800nm处的可饱和吸收特性。当ReS_2薄膜的厚度增加时，α_(N L)从(-61.5 cm)⁄GW增加到(-171.8 cm)⁄GW，FOM从-2.37×〖10〗^(-15) esu cm增加到-11.36×〖10〗^(-15) esu cm，如下图3所示。他们指出：可以利用独特的DCRM结构制造可饱和吸收器，且通过双探测器测量技术可测量的调制深度高达0.25％。深入分析上述非线性光学特性是使Q开关激光器、光学调制器和基于ReS_2薄膜的传感器潜在未来得以应用的必要基础。
图3 （a）ReS_2膜制备过程；（b）和（c）不同放大倍数下层状ReS_2纳米片的TEM图像 （d）ReS_2的AFM图像
3. 光调制技术
前期，研究人员已经通过理论分析、数值模拟和实验已经证明了频率非简并相敏光纤光学参数（PS-FOPA）中伪四波混频（FWM）过程引起的非线性串扰影响。Zhirong Chen等研究人员已经说明，PS-FOPA中的FWM串扰与每通道输入信号功率的二次幂和信号增益功率成比例。此外，采用较短非线性光纤构建的PS-FOPA能产生较小的FWM串扰。研究人员还发现波分复用（WDM）数据信号中心信道处的串扰随信道数量呈二次方增长；因此，需要估计FWM串扰随PS-FOPA系统参数（例如输入信号功率、增益水平、含放大器的光纤长度和信号通道数等）的演变。研究人员比较了PS-FOPA和PI-FOPA中的串扰效应，结果证明即使两放大器提供相同的信号增益，PS-FOPA也会产生更多的串扰。尽管PS-FOPA和PI-FOPA在FWM串扰对系统参数的依赖性方面表现类似，但研究结果表明串扰在PS-FOPA的WDM应用中不利；因此，应该设计用于放大WDM信号的PS-FOPA以减少串扰的影响。频率非简并PS-FOPA的伪FWM过程示意图如图4所示。
图4 频率非简并PS-FOPA的伪FWM过程示意图
4. 激光器
Gaurav Jain等研究人员比较了多周期时隙激光器的应用性能。研究人员发现，当使用更多数量的激光器时，多周期时隙激光器的性能会下降，而2周期激光器在阈值和斜率效率方面的表现最佳。他们还比较了无涂层两段开槽激光器与HR和AR涂层两段开槽激光器的性能，并且证明后者有着显著性能提升。此外，缩短激光器的插槽部分（将插槽数量从24减少到18）可以进一步提高性能。当应用温度调谐时，由于自由光谱范围（FSR）中远离主激光模式的模式被抑制，可以使得具有两个周期光栅结构的器件性能更加优越。表面光栅单模激光器的结构示意图如图5所示。
[center]图5表面光栅单模激光器的结构示意图[/cener]
参考文献：
[1] Arthur C. Paolella, “Hybrid Integration of RF Photonic Systems”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 21, pp. 5067–5073, November 1,2018.
[2] Alicia Lo′pez, “Transmission Performance of Plastic Optical Fibers Designed for Avionics Platforms”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 21, pp. 5082–5088, November 1,2018.
[3] Zhirong Chen, “Investigation of Four-Wave-Mixing Crosstalk in Phase-Sensitive Fiber Optical Parametric Amplifier”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 22, pp. 5113–5120, November 15,2018.
[4] Gaurav Jain, “Design Optimization for Semiconductor Lasers With High-Order Surface Gratings Having Multiple Periods”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 22, pp. 5121–5129, November 15,2018.
[5] Xiang Xu, “Saturable Absorption Properties of ReS2 Films and Mode-Locking Application Based on Double-Covered ReS_2 Micro Fiber”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 22, pp. 5130–5136, November 15,2018.
2018年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光网络，光子器件，光调制技术、激光器等。笔者将逐一评析。
1. 光网络
未来的电子战（EW）通信系统必须支持更多种类的信号，并在更大带宽上运行，其频率范围最好能扩充至毫米波领域；但要满足上述需求，通信系统的尺寸，重量和功率（SWaP）设计过程将受到面临更大的挑战。因此，射频（RF）光子技术的研究应运而生。Arthur C. Paolella指出：射频光子器件的开发和飞行演示的部署程序表明，RF光子技术的应用日趋成熟；其中的演示利用了由分立元件制造的系统，分立元件包括封装的RF元件并与光缆互连。对于大型机载系统，分立元件的组合足够应对；但在有限空间的系统中（例如无人驾驶飞行器（UAV），直升机和移动平台），用分立元件制备的RF光子学器件显然不行；使用混合光子集成电路技术则可以将SWaP显著降低。混合光子集成电路结合了各种光电子组件（例如光源，探测器和调制器等）；上述组件由透镜，分束器和合束器组成的自由空间微光学器件在封装中互连。RF光子混合系统的框图如图1所示。
2. 光子器件
目前，塑料光纤（POF）已经在电信领域特别是航空电子领域得到深度应用，但必须注意不断变化的温度条件对该类光纤应用的影响。最近，Alicia Lo′pez等研究人员评估了室温下POF的通信链路的传输性能，并比较了单芯和多芯标准光纤和耐热光纤的性能。此外，他们还测量了两路单芯光纤链路的温度变化特性。研究人员发现：单芯光纤比多芯光纤具有更好的传输特性；也就是说，测量传输后接收信号的误码率对温度变化不敏感，相关实验装置如图2所示。
Xiang Xu等研究人员使用液相剥离技术并结合真空过滤法制备了具有不同厚度水平的ReS_2薄膜。他们通过openaperture（OA）Z扫描技术研究了薄膜在800nm处的可饱和吸收特性。当ReS_2薄膜的厚度增加时，α_(N L)从(-61.5 cm)⁄GW增加到(-171.8 cm)⁄GW，FOM从-2.37×〖10〗^(-15) esu cm增加到-11.36×〖10〗^(-15) esu cm，如下图3所示。他们指出：可以利用独特的DCRM结构制造可饱和吸收器，且通过双探测器测量技术可测量的调制深度高达0.25％。深入分析上述非线性光学特性是使Q开关激光器、光学调制器和基于ReS_2薄膜的传感器潜在未来得以应用的必要基础。
3. 光调制技术
前期，研究人员已经通过理论分析、数值模拟和实验已经证明了频率非简并相敏光纤光学参数（PS-FOPA）中伪四波混频（FWM）过程引起的非线性串扰影响。Zhirong Chen等研究人员已经说明，PS-FOPA中的FWM串扰与每通道输入信号功率的二次幂和信号增益功率成比例。此外，采用较短非线性光纤构建的PS-FOPA能产生较小的FWM串扰。研究人员还发现波分复用（WDM）数据信号中心信道处的串扰随信道数量呈二次方增长；因此，需要估计FWM串扰随PS-FOPA系统参数（例如输入信号功率、增益水平、含放大器的光纤长度和信号通道数等）的演变。研究人员比较了PS-FOPA和PI-FOPA中的串扰效应，结果证明即使两放大器提供相同的信号增益，PS-FOPA也会产生更多的串扰。尽管PS-FOPA和PI-FOPA在FWM串扰对系统参数的依赖性方面表现类似，但研究结果表明串扰在PS-FOPA的WDM应用中不利；因此，应该设计用于放大WDM信号的PS-FOPA以减少串扰的影响。频率非简并PS-FOPA的伪FWM过程示意图如图4所示。
4. 激光器
Gaurav Jain等研究人员比较了多周期时隙激光器的应用性能。研究人员发现，当使用更多数量的激光器时，多周期时隙激光器的性能会下降，而2周期激光器在阈值和斜率效率方面的表现最佳。他们还比较了无涂层两段开槽激光器与HR和AR涂层两段开槽激光器的性能，并且证明后者有着显著性能提升。此外，缩短激光器的插槽部分（将插槽数量从24减少到18）可以进一步提高性能。当应用温度调谐时，由于自由光谱范围（FSR）中远离主激光模式的模式被抑制，可以使得具有两个周期光栅结构的器件性能更加优越。表面光栅单模激光器的结构示意图如图5所示。
[center]图5表面光栅单模激光器的结构示意图[/cener]
参考文献：
[1] Arthur C. Paolella, “Hybrid Integration of RF Photonic Systems”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 21, pp. 5067–5073, November 1,2018.
[2] Alicia Lo′pez, “Transmission Performance of Plastic Optical Fibers Designed for Avionics Platforms”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 21, pp. 5082–5088, November 1,2018.
[3] Zhirong Chen, “Investigation of Four-Wave-Mixing Crosstalk in Phase-Sensitive Fiber Optical Parametric Amplifier”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 22, pp. 5113–5120, November 15,2018.
[4] Gaurav Jain, “Design Optimization for Semiconductor Lasers With High-Order Surface Gratings Having Multiple Periods”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 22, pp. 5121–5129, November 15,2018.
[5] Xiang Xu, “Saturable Absorption Properties of ReS2 Films and Mode-Locking Application Based on Double-Covered ReS_2 Micro Fiber”[J],
IEEE J. Lightw. Technol., vol. 36, no. 22, pp. 5130–5136, November 15,2018.
