2019年8月PTL光通信论文评析
发布时间：2019-09-17 10:57:19 热度：1870
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，龙颖，胡钦政，王壮，杨杰
2019年8月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：有源器件、无源器件和波导、光学传感器和测量系统、自由空间传输系统、光纤网络与传输系统等，笔者将逐一评析。
1. 有源器件
日本东京大学的Mohiyuddin Kazi等研究人员使用了压缩应变的InGaAsp/InGaAsp多量子阱（MQW）在偏移量子阱（OQW）平台上研究了一种基于InP的单片集成斯托克斯矢量调制器（SVM），如图1所示。研究人员通过调整施加到相位调制器的电压，以实现在输出端产生任意偏振状态（SOP）。他们还采用单金属有机化学气相沉积（MOCVD）再生工艺将一对无源偏振转换器（PCS）和有源MQW偏振相关相位调制器（PD-PM）集成在一起。该调制器的所有组件都在偏移量子阱（OQW）平台上进行串联，并且该器件具有相对简单的制作工艺和标准的脊波导结构，这就使得它可以很容易地与光子集成电路（PIC）中的其它主动或被动组件集成[1]。
图1 基于单片OQW的SV调制器
2. 无源器件和波导
日本立命馆大学的Koichi Takiguchi等研究人员研究了一种可调谐集成光学正交频分复用（OFDM）解复用器；它可以用于解调具有不同数量子载波信道的OFDM信号，系统原理如图2所示。该解复用器由可调谐耦合器、延迟线阵列、片状星耦合器型光学离散傅里叶变换（DFT）电路和光栅组成，能够实现基于光学DFT的各类光OFDM信号的可调谐解复用。他们首次实现了解复用器对可变数目的OFDM子载波进行解复用的实验，并通过测量210到1010 Gbit/s光OFDM信号的所有解复用子载波的误码率（BER）来验证了该器件的工作可行性，实验装置如图3所示。结果表明：与传统解复用器相比，该器件通过使用集成光学组件保证了工作稳定性[2]。
图2 可调光OFDM解复用器
图3 实验装置
3. 光学传感器和测量系统
意大利坎帕尼亚大学的A. Coscetta等研究人员探索了一种提高暗脉冲布里渊光时域分析（BOTDA）传感器精度的有效方案。他们通过对受激布里渊散射过程在频域建模，证明了对原始数据应用高通滤波器可以去除与泵浦背景相关的衰减，同时还能降低信噪比（SNR）。他们通过数值分析和在20cm空间分辨率条件下进行的实验验证了有效性，实验装置如图4所示。研究结果表明，与基于迭代步骤中的失真项计算方法相比，该方法更加快速且不需要任何积分计算过程；同时该方法不受扭曲过程影响，对传感器范围限制的敏感性也较小；但它要求每个频率都需要进行两次测量，从而导致测量时间加倍，并且还会产生具有尖锐下降沿的低抖动光脉冲[3]。
图4 实验装置
4. 自由空间传输系统
韩国蔚山大学的Manh Le Tran等研究人员研究了一种新的比特-符号映射，可用于可见光通信（VLC）系统中的广义空间调制（GSM），系统模型如图5所示。该映射方法首先根据欧几里德距离（ED）对GSM符号进行分类，然后迭代地将每个GSM符号分配给满足格雷码的相应比特序列。他们还提供了一种穷举排序方法和一种降低复杂度的排序方法，可用于获得有效的映射算法。仿真结果表明，基于ED的映射算法在GSM MIMO-VLC系统中优于传统映射算法[4]。
图5 GSM系统模型
5. 光纤网络与传输系统
德国华为技术杜塞尔多夫有限公司的Fabio Pittalà等研究人员在未放大的40km标准单模光纤（SSMF）链路上以11dB的损耗功率代价成功演示了1577nm的400Gbit/s DP-16QAM传输过程，实验装置如图6所示。商用高带宽相干驱动调制器（HB-CDM）和高带宽微集成相干接收器（HB-μICR）是专门为C波段设计的，它们与两个可封装、热调谐的低成本L波段激光源结合使用。他们还借助于无存储器的单采样符号非线性离线数字信号处理（DSP）过程，对驱动器和调制器的非线性传输曲线进行了校正，保证发射机的光功率最大化，这对于无放大光纤链路的应用至关重要。此外，多级载波恢复过程能实现稳定的系统性能，但所使用的相干激光源具有较大相位噪声。该相干激光源是基于电吸收调制激光器模块（EML）实现，并专为价格敏感的无源光网络（PON）应用而设计[5]。
图6 采用集成小尺寸光学元件和离线DSP处理的400Gbit/s 光纤通信装置
参考文献
[1] Mohiyuddin Kazi; Samir Ghosh; Masakazu Sugiyama; et al. Offset-Quantum-Well-Based Integrated Stokes Vector Modulator on InP [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(15): 1233 - 1236.
[2] Koichi Takiguchi; Yukihiro Ikeyama. Tunable Optical OFDM Demultiplexer Utilizing Slab Star Coupler-Based Optical DFT Circuit [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(16): 1327 - 1330.
[3] A. Coscetta; E. Catalano; E. Cerri; L. Zeni; et al. High-Pass Filtering for Accuracy Enhancement in Dark-Pulse Brillouin Optical Time Domain Analysis [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(15): 1213 - 1216.
[4] Manh Le Tran; Sunghwan Kim. Novel Bit Mapping for Generalized Spatial Modulation in VLC Systems [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(15): 1257 - 1260.
[5] Fabio Pittalà; Ivan N. Cano; Christian Bluemm; et al. 400-Gbit/s DP-16-QAM Transmission Over 40-km Unamplified SSMF With Low-Cost PON Lasers [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(15): 1229 - 1232.
2019年8月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：有源器件、无源器件和波导、光学传感器和测量系统、自由空间传输系统、光纤网络与传输系统等，笔者将逐一评析。
1. 有源器件
日本东京大学的Mohiyuddin Kazi等研究人员使用了压缩应变的InGaAsp/InGaAsp多量子阱（MQW）在偏移量子阱（OQW）平台上研究了一种基于InP的单片集成斯托克斯矢量调制器（SVM），如图1所示。研究人员通过调整施加到相位调制器的电压，以实现在输出端产生任意偏振状态（SOP）。他们还采用单金属有机化学气相沉积（MOCVD）再生工艺将一对无源偏振转换器（PCS）和有源MQW偏振相关相位调制器（PD-PM）集成在一起。该调制器的所有组件都在偏移量子阱（OQW）平台上进行串联，并且该器件具有相对简单的制作工艺和标准的脊波导结构，这就使得它可以很容易地与光子集成电路（PIC）中的其它主动或被动组件集成[1]。
图1 基于单片OQW的SV调制器
2. 无源器件和波导
日本立命馆大学的Koichi Takiguchi等研究人员研究了一种可调谐集成光学正交频分复用（OFDM）解复用器；它可以用于解调具有不同数量子载波信道的OFDM信号，系统原理如图2所示。该解复用器由可调谐耦合器、延迟线阵列、片状星耦合器型光学离散傅里叶变换（DFT）电路和光栅组成，能够实现基于光学DFT的各类光OFDM信号的可调谐解复用。他们首次实现了解复用器对可变数目的OFDM子载波进行解复用的实验，并通过测量210到1010 Gbit/s光OFDM信号的所有解复用子载波的误码率（BER）来验证了该器件的工作可行性，实验装置如图3所示。结果表明：与传统解复用器相比，该器件通过使用集成光学组件保证了工作稳定性[2]。
图2 可调光OFDM解复用器
图3 实验装置
3. 光学传感器和测量系统
意大利坎帕尼亚大学的A. Coscetta等研究人员探索了一种提高暗脉冲布里渊光时域分析（BOTDA）传感器精度的有效方案。他们通过对受激布里渊散射过程在频域建模，证明了对原始数据应用高通滤波器可以去除与泵浦背景相关的衰减，同时还能降低信噪比（SNR）。他们通过数值分析和在20cm空间分辨率条件下进行的实验验证了有效性，实验装置如图4所示。研究结果表明，与基于迭代步骤中的失真项计算方法相比，该方法更加快速且不需要任何积分计算过程；同时该方法不受扭曲过程影响，对传感器范围限制的敏感性也较小；但它要求每个频率都需要进行两次测量，从而导致测量时间加倍，并且还会产生具有尖锐下降沿的低抖动光脉冲[3]。
图4 实验装置
4. 自由空间传输系统
韩国蔚山大学的Manh Le Tran等研究人员研究了一种新的比特-符号映射，可用于可见光通信（VLC）系统中的广义空间调制（GSM），系统模型如图5所示。该映射方法首先根据欧几里德距离（ED）对GSM符号进行分类，然后迭代地将每个GSM符号分配给满足格雷码的相应比特序列。他们还提供了一种穷举排序方法和一种降低复杂度的排序方法，可用于获得有效的映射算法。仿真结果表明，基于ED的映射算法在GSM MIMO-VLC系统中优于传统映射算法[4]。
图5 GSM系统模型
5. 光纤网络与传输系统
德国华为技术杜塞尔多夫有限公司的Fabio Pittalà等研究人员在未放大的40km标准单模光纤（SSMF）链路上以11dB的损耗功率代价成功演示了1577nm的400Gbit/s DP-16QAM传输过程，实验装置如图6所示。商用高带宽相干驱动调制器（HB-CDM）和高带宽微集成相干接收器（HB-μICR）是专门为C波段设计的，它们与两个可封装、热调谐的低成本L波段激光源结合使用。他们还借助于无存储器的单采样符号非线性离线数字信号处理（DSP）过程，对驱动器和调制器的非线性传输曲线进行了校正，保证发射机的光功率最大化，这对于无放大光纤链路的应用至关重要。此外，多级载波恢复过程能实现稳定的系统性能，但所使用的相干激光源具有较大相位噪声。该相干激光源是基于电吸收调制激光器模块（EML）实现，并专为价格敏感的无源光网络（PON）应用而设计[5]。
图6 采用集成小尺寸光学元件和离线DSP处理的400Gbit/s 光纤通信装置
参考文献
[1] Mohiyuddin Kazi; Samir Ghosh; Masakazu Sugiyama; et al. Offset-Quantum-Well-Based Integrated Stokes Vector Modulator on InP [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(15): 1233 - 1236.
[2] Koichi Takiguchi; Yukihiro Ikeyama. Tunable Optical OFDM Demultiplexer Utilizing Slab Star Coupler-Based Optical DFT Circuit [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(16): 1327 - 1330.
[3] A. Coscetta; E. Catalano; E. Cerri; L. Zeni; et al. High-Pass Filtering for Accuracy Enhancement in Dark-Pulse Brillouin Optical Time Domain Analysis [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(15): 1213 - 1216.
[4] Manh Le Tran; Sunghwan Kim. Novel Bit Mapping for Generalized Spatial Modulation in VLC Systems [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(15): 1257 - 1260.
[5] Fabio Pittalà; Ivan N. Cano; Christian Bluemm; et al. 400-Gbit/s DP-16-QAM Transmission Over 40-km Unamplified SSMF With Low-Cost PON Lasers [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(15): 1229 - 1232.
