2019年2月PTL光通信论文评析
发布时间：2019-04-11 22:15:28 热度：2622
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，赵云杰，龙颖，胡钦政
2019年2月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：无源器件和光波导、有源光子器件、传感器、光纤网络、光通信系统等，笔者将逐一评析。
1. 无源器件和光波导
印度信息技术设计与制造学院的Virendra Patel等研究人员首次设计了一种3D曲线形状MISIM（金属-绝缘体-硅-绝缘体-金属）混合等离子体的锥形耦合器（如图1所示），用于电介质到多层混合等离子体（MISIM）波导的有效光耦合。他们计算了在1.55μm工作波长下耦合器的传输和损耗特性。该耦合器的传输损耗、模式传输损耗和传输长度分别为99%、0.07dB/μm和58μm，与具有相同参数的线性锥形耦合器相比，具有体积小、耦合效率高和辐射损失小等优点。他们还将两个曲线锥形耦合器组合，制备了DTD耦合器，并对其性能进行了评价。该研究对设计实用的纳米光子混合等离子体集成电路具有一定的参考价值[1]。
图1 （a）曲线锥形结构的俯视图；（b）输入介质波导的截面图；（c）输出MISIM等离子体波导；（d）光从介质到等离子体波导的传播（e）模式分布图：（I）介质波导和（II）等离子体波导；（f），（g）在1.55μm波长的等离子体波导中的EY、EX分布
2. 有源光子器件
德国海因里希赫兹学院的Patrick Runge等研究人员设计了一种高功率渐逝耦合波导改进的单行载波（MUTC）光电二极管阵列（如图2所示）。该阵列由不同数量的光学并联光电二极管组成。他们使用2阵列芯片实现了在1550nm时0.46A/W的响应，28GHz时3dB的带宽以及40GHz时12dBm的射频输出功率，并在不同温度和频率下，测量了系统的线性度和三阶拦截点（3OIP），以确定系统性能的限制因素。结果表明，该器件的射频（RF）功率对环境温度依赖性较小，在较高频率下，波导集成光电二极管在产生射频功率方面表现出优越的性能，与具有相同吸收层厚度的垂直照明结构相比，波导集成结构允许更高的响应率，因而该器件在高达60GHz频率的射频发电领域具有应用潜力[2]。
图2 波导集成光电二极管阵列制作芯片（下图）的原理（上图）
3. 传感器
台湾国立交通大学的Chan-Te Hsiung等科研人员设计了一种基于梯度光栅周期导模共振（GGP-GMR）的新型折射率传感器（如图3所示）。该传感器具有很宽的RI检测范围和较小尺寸。在386至392nm的光栅变化范围内，它能实现0.109 RIU的探测范围，灵敏度为1433.7 μm/RIU，可实现的理论和实验探测极限分别为5.58×10-3和10-2 RIU。该器件不仅能简化手持设备系统的制备，还易与智能手机实现集成[3]。
图3 GGP-GMR的设计原理
4. 光纤网络
近年来，在各种数字信号处理方案中，Kramers-Kronig（KK）算法由于其对SSBI的有效抑制而引起了人们的极大兴趣。澳大利亚墨尔本大学的Chuanbowen Sun等研究人员基于80GB/s的奈奎斯特单载波和OFDM调制的传输系统，研究了色散（CD）对信号接收的影响，实验装置如图4所示。结果表明，信号在10e-3的误码率阈值下传输160公里后，IC接收机所需的OSNR比KK接收机低1.9分贝。对于KK接收机来说，最佳载波信号功率比（CSPR）值随传输距离的增加而增大，而IC接收机则没有这种现象。最优CSPR的增量显示出KK接收机对CD的鲁棒性要求很高，而IC接收机检测到的信号即使在较低的CSPR下也对CD的鲁棒性要求很高。因此，KK接收机的OSNR灵敏度取决于CD。相比之下，无论CSPRS如何变化，IC接收器对CD都具有很高的鲁棒性[4]。
[center]
图4 实验装置图
5. 光通信系统
广东省光纤传感与通信重点实验室的Ruiqi Zheng等科研人员设计了一种无色散诱导功率衰落的线性光通信系统（如图5所示）。它采用双驱动双偏振调制器和线性偏振器的配置，产生了单边带（SSB）射频调制光信号和正交线性偏振非调制光信号。他们通过设计连接到调制器输出的线性偏振器的角度来抑制三阶互调失真，从而大大增加了三阶无杂散动态范围（SFDR3）。与传统的正交偏压马赫-曾德尔调制链路相比，该链路的二阶无杂散动态范围（SFDR2）性能没有降低。实验研究结果表明，SSB调制链路中无色散引起的功率衰落，在平均输出光功率为3.1dBm的情况下，SSB调制链路的SFDR3为121.4dB·HZ4/5，该系统中链路的SFDR2为80.1dB·HZ1/2[5]。
[center]
图5 无色散诱导功率衰落的线性光通信系统
参考文献
[1] Virendra Patel; Prateeksha Sharma; V. Dinesh Kumar.Efficient Coupling From Dielectric to
Hybrid Plasmonic Waveguide Using Curved Taper [J]. IEEE Photonics Technology Letters,
vol.31, Page(s):323- 326, Feb.15, 2019.
[2] Patrick Runge; Felix Ganzer; Tobias Beckerwerth; Shahram Keyvaninia; et al. Linearity of
Waveguide Integrated Modified Uni-Travelling Carrier Photodiode Arrays [J]. IEEE Photonics
Technology Letters , vol.31, Page(s):246- 249, Feb.1, 2019.
[3] Chan-Te Hsiung ; Cheng-Sheng Huang. Refractive Index Sensor Based on a Gradient Grating
Period Guided-Mode Resonance [J]. IEEE Photonics Technology Letters , vol.31,
Page(s):253-256, Feb.1, 2019.
[4] Chuanbowen Sun ; Di Che ; Honglin Ji ; William Shieh. Study of Chromatic Dispersion
Impacts on Kramers–Kronig and SSBI Iterative Cancellation Receiver [J]. IEEE Photonics
Technology Letters , vol.31, Page(s):303- 306, Feb.15, 2019.
[5] Ruiqi Zheng ; Erwin H. W. Chan ; Xudong Wang ; Xinhuan Feng ; Bai-Ou Guan. Linearized
Single Sideband Modulation Link With High SFDR Performance [J]. IEEE Photonics
Technology Letters , vol.31, Page(s):299- 302, Feb.15, 2019.
2019年2月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：无源器件和光波导、有源光子器件、传感器、光纤网络、光通信系统等，笔者将逐一评析。
1. 无源器件和光波导
印度信息技术设计与制造学院的Virendra Patel等研究人员首次设计了一种3D曲线形状MISIM（金属-绝缘体-硅-绝缘体-金属）混合等离子体的锥形耦合器（如图1所示），用于电介质到多层混合等离子体（MISIM）波导的有效光耦合。他们计算了在1.55μm工作波长下耦合器的传输和损耗特性。该耦合器的传输损耗、模式传输损耗和传输长度分别为99%、0.07dB/μm和58μm，与具有相同参数的线性锥形耦合器相比，具有体积小、耦合效率高和辐射损失小等优点。他们还将两个曲线锥形耦合器组合，制备了DTD耦合器，并对其性能进行了评价。该研究对设计实用的纳米光子混合等离子体集成电路具有一定的参考价值[1]。
图1 （a）曲线锥形结构的俯视图；（b）输入介质波导的截面图；（c）输出MISIM等离子体波导；（d）光从介质到等离子体波导的传播（e）模式分布图：（I）介质波导和（II）等离子体波导；（f），（g）在1.55μm波长的等离子体波导中的EY、EX分布
2. 有源光子器件
德国海因里希赫兹学院的Patrick Runge等研究人员设计了一种高功率渐逝耦合波导改进的单行载波（MUTC）光电二极管阵列（如图2所示）。该阵列由不同数量的光学并联光电二极管组成。他们使用2阵列芯片实现了在1550nm时0.46A/W的响应，28GHz时3dB的带宽以及40GHz时12dBm的射频输出功率，并在不同温度和频率下，测量了系统的线性度和三阶拦截点（3OIP），以确定系统性能的限制因素。结果表明，该器件的射频（RF）功率对环境温度依赖性较小，在较高频率下，波导集成光电二极管在产生射频功率方面表现出优越的性能，与具有相同吸收层厚度的垂直照明结构相比，波导集成结构允许更高的响应率，因而该器件在高达60GHz频率的射频发电领域具有应用潜力[2]。
图2 波导集成光电二极管阵列制作芯片（下图）的原理（上图）
3. 传感器
台湾国立交通大学的Chan-Te Hsiung等科研人员设计了一种基于梯度光栅周期导模共振（GGP-GMR）的新型折射率传感器（如图3所示）。该传感器具有很宽的RI检测范围和较小尺寸。在386至392nm的光栅变化范围内，它能实现0.109 RIU的探测范围，灵敏度为1433.7 μm/RIU，可实现的理论和实验探测极限分别为5.58×10-3和10-2 RIU。该器件不仅能简化手持设备系统的制备，还易与智能手机实现集成[3]。
图3 GGP-GMR的设计原理
4. 光纤网络
近年来，在各种数字信号处理方案中，Kramers-Kronig（KK）算法由于其对SSBI的有效抑制而引起了人们的极大兴趣。澳大利亚墨尔本大学的Chuanbowen Sun等研究人员基于80GB/s的奈奎斯特单载波和OFDM调制的传输系统，研究了色散（CD）对信号接收的影响，实验装置如图4所示。结果表明，信号在10e-3的误码率阈值下传输160公里后，IC接收机所需的OSNR比KK接收机低1.9分贝。对于KK接收机来说，最佳载波信号功率比（CSPR）值随传输距离的增加而增大，而IC接收机则没有这种现象。最优CSPR的增量显示出KK接收机对CD的鲁棒性要求很高，而IC接收机检测到的信号即使在较低的CSPR下也对CD的鲁棒性要求很高。因此，KK接收机的OSNR灵敏度取决于CD。相比之下，无论CSPRS如何变化，IC接收器对CD都具有很高的鲁棒性[4]。
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图4 实验装置图
5. 光通信系统
广东省光纤传感与通信重点实验室的Ruiqi Zheng等科研人员设计了一种无色散诱导功率衰落的线性光通信系统（如图5所示）。它采用双驱动双偏振调制器和线性偏振器的配置，产生了单边带（SSB）射频调制光信号和正交线性偏振非调制光信号。他们通过设计连接到调制器输出的线性偏振器的角度来抑制三阶互调失真，从而大大增加了三阶无杂散动态范围（SFDR3）。与传统的正交偏压马赫-曾德尔调制链路相比，该链路的二阶无杂散动态范围（SFDR2）性能没有降低。实验研究结果表明，SSB调制链路中无色散引起的功率衰落，在平均输出光功率为3.1dBm的情况下，SSB调制链路的SFDR3为121.4dB·HZ4/5，该系统中链路的SFDR2为80.1dB·HZ1/2[5]。
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图5 无色散诱导功率衰落的线性光通信系统
参考文献
[1] Virendra Patel; Prateeksha Sharma; V. Dinesh Kumar.Efficient Coupling From Dielectric to
Hybrid Plasmonic Waveguide Using Curved Taper [J]. IEEE Photonics Technology Letters,
vol.31, Page(s):323- 326, Feb.15, 2019.
[2] Patrick Runge; Felix Ganzer; Tobias Beckerwerth; Shahram Keyvaninia; et al. Linearity of
Waveguide Integrated Modified Uni-Travelling Carrier Photodiode Arrays [J]. IEEE Photonics
Technology Letters , vol.31, Page(s):246- 249, Feb.1, 2019.
[3] Chan-Te Hsiung ; Cheng-Sheng Huang. Refractive Index Sensor Based on a Gradient Grating
Period Guided-Mode Resonance [J]. IEEE Photonics Technology Letters , vol.31,
Page(s):253-256, Feb.1, 2019.
[4] Chuanbowen Sun ; Di Che ; Honglin Ji ; William Shieh. Study of Chromatic Dispersion
Impacts on Kramers–Kronig and SSBI Iterative Cancellation Receiver [J]. IEEE Photonics
Technology Letters , vol.31, Page(s):303- 306, Feb.15, 2019.
[5] Ruiqi Zheng ; Erwin H. W. Chan ; Xudong Wang ; Xinhuan Feng ; Bai-Ou Guan. Linearized
Single Sideband Modulation Link With High SFDR Performance [J]. IEEE Photonics
Technology Letters , vol.31, Page(s):299- 302, Feb.15, 2019.
