2019年9月PTL光通信论文评析
发布时间：2019-10-14 08:43:27 热度：1910
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉,龙颖，胡钦政，王壮，杨杰
2019年9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、光子学系统和光纤网络与传输系统等，笔者将逐一评析。
1. 有源器件
澳大利亚新南威尔士大学的Xinyue Lei 等研究人员设计了一种利用单一线性光纤激光器腔来产生连续波（CW）、调Q和锁模激光脉冲的新方法，原理如图1所示。这三种工作模式可以通过腔内液晶传播单元的电信号来进行选择。在Q开关模式下，重复率为0.2~6kHz时，产生了持续时间为1.3μs、最大能量为2.7μJ、峰值功率为1.9W的调Q激光脉冲。在锁模工作模式中，他们采用了两种调制方式（包括幅度调制（AM）锁模和频率调制（FM）锁模），在调制频率分别为944.5kHz和472.3kHz的情况下，获得了AM和FM锁模激光脉冲，持续时间分别为65ns和72ns。他们还对液晶单元进行了轻微修改，以实现幅度调制（AM）和频率调制（FM）锁模之间的直接比较[1]。
图1 基于液晶传感器的一体化光纤激光器
2. 无源器件
兰州大学的Hao Jia等研究人员利用功率分配器和级联非对称轨道微环谐振器，设计了一种可扩展的从电数据总线到多模光数据总线的接口方案（如图2所示）。他们将高速并行电信号转换成多模光数据总线中的正交光信号，再提供给其它客户端设备。其中，非对称轨道微环谐振器主要承担模式转换的功能，通过设置适当轨道区域，它可以在较小半径范围内实现理想的耦合系数，从而减小轨道占地面积。同时，他们还将PN结嵌入到微腔中，通过等离子体色散效应，赋予基于微环的模式转换的电光调制功能。研究人员在具有四个模式信道的设备上进行了演示，其中单通道的调制速度可高达50 Gbps；在采用单波长输入时，光数据总线可以实现200 Gbps的总数据传输速率[2]。
[center]
图2 (a)电子数据总线与多模光学数据总线接口；(b)工作原理
3. 光子学系统
美国Neophotonics公司的Likai Zhu等研究人员使用有限有效位数（ENOB）数字模拟转换器（DAC）对预均衡进行了数值模拟和实验研究。结果表明，预均衡能够显著提高峰均比（PAPR）和降低DAC的失真比（SINAD），并且传输性能可以通过SINAD和带宽补偿之间的权衡来优化。他们在优化后的数字预均衡器中，利用全光硅子IQ调制器实现了100G波特16QAM和32QAM光信号的传输，实验装置如图3所示。此外，他们还研究了模拟带宽的限制问题。仿真结果表明，发射机模拟频率响应滚转斜率和小于-15dB的模拟带宽对预均衡高波特率传输非常重要[3]。
图3 基于SiPho调制器实现QAM传输的实验装置
厦门大学的Nan Li等研究人员研究了工作在639nm的二极管泵浦Pr：YLF可见激光器中高阶横模的产生，装置如图4所示。他们使用双镜线性腔并在连续波工作状态下操作激光器，通过离轴泵浦和激光谐振器的错位，直接产生了m从0到120变化的可调谐厄米-高斯模HG0, m；同样，他们使用V型腔加上Co: ASL饱和吸收器，在Q转换状态下也生成了高阶HG0, m模式，并且m的最大变化值为12。在上述两种情况下，腔内HG0, m模通过放置在腔外的一对圆柱透镜转换为相应的拉盖尔-高斯模LG0,m，研究人员使用菲佐干涉仪来检查波前螺旋特性。这种在连续波以及调Q态中获得的可调谐高阶激光横向模式适合许多应用场景，例如3D材料处理等[4]。
图4 相关激光装置
5. 光纤网络与传输系统
复旦大学电磁波信息科学重点实验室的Kaihui Wang等研究人员设计了一种直接检测（DD）的正交频分复用（OFDM）系统（如图5所示），系统中采用了Krams - Kronig(KK)检测和概率整形(PS)技术。借助于这两种技术，他们在25km标准单模光纤（SSMF）中成功传输了140Gbit/s PS-256QAM信号，所满足的NGMI阈值为0.865；KK检测方案作为该OFDM系统中采用的关键技术，能有效减少信号间拍频干扰（SSBI）的损伤，在低载波信号功率比（CSPR）的情况下能提高系统的传输性能，实验装置如图6所示。实验结果表明，采用KK检测技术和PS技术能有效提高单边带OFDM信号的收发性能[5]。
图5 相关收发系统
图6 基于KK检测技术的实验装置
参考文献[/b]
[1] Xinyue Lei; Christoph Wieschendorf; Josiah Firth; Francois Ladouceur; et al. All-in-One Fiber
Laser Based on a Liquid Crystal Transducer [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1409 - 1412.
[2] Hao Jia; Xin Fu; Ting Zhou; Lei Zhang; et al. Interface of Electrical Data-Bus to Multimode Optical Data-Bus Using Racetrack Microring Resonators [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1397 - 1400.
[3] Likai Zhu; Jianying Zhou; Jian Wang; Qun Zhang. Pre-Equalization and Bandwidth Limitation
for a 100-G-Baud 32 QAM All-Silicon Transmitter [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1453 - 1456.
[4] Nan Li; Bin Xu; Shengwei Cui; Xiaodong Qiu; et al. High-Order Vortex Generation From CW
and Passively Q-Switched Pr:YLF Visible Lasers [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1457 - 1460.
[5] Kaihui Wang; Yiran Wei; Mingming Zhao; et al. 140-Gb/s PS-256-QAM Transmission in an
OFDM System Using Kramers–Kronig Detection [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1405 - 1408.
2019年9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、光子学系统和光纤网络与传输系统等，笔者将逐一评析。
1. 有源器件
澳大利亚新南威尔士大学的Xinyue Lei 等研究人员设计了一种利用单一线性光纤激光器腔来产生连续波（CW）、调Q和锁模激光脉冲的新方法，原理如图1所示。这三种工作模式可以通过腔内液晶传播单元的电信号来进行选择。在Q开关模式下，重复率为0.2~6kHz时，产生了持续时间为1.3μs、最大能量为2.7μJ、峰值功率为1.9W的调Q激光脉冲。在锁模工作模式中，他们采用了两种调制方式（包括幅度调制（AM）锁模和频率调制（FM）锁模），在调制频率分别为944.5kHz和472.3kHz的情况下，获得了AM和FM锁模激光脉冲，持续时间分别为65ns和72ns。他们还对液晶单元进行了轻微修改，以实现幅度调制（AM）和频率调制（FM）锁模之间的直接比较[1]。
图1 基于液晶传感器的一体化光纤激光器
2. 无源器件
兰州大学的Hao Jia等研究人员利用功率分配器和级联非对称轨道微环谐振器，设计了一种可扩展的从电数据总线到多模光数据总线的接口方案（如图2所示）。他们将高速并行电信号转换成多模光数据总线中的正交光信号，再提供给其它客户端设备。其中，非对称轨道微环谐振器主要承担模式转换的功能，通过设置适当轨道区域，它可以在较小半径范围内实现理想的耦合系数，从而减小轨道占地面积。同时，他们还将PN结嵌入到微腔中，通过等离子体色散效应，赋予基于微环的模式转换的电光调制功能。研究人员在具有四个模式信道的设备上进行了演示，其中单通道的调制速度可高达50 Gbps；在采用单波长输入时，光数据总线可以实现200 Gbps的总数据传输速率[2]。
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图2 (a)电子数据总线与多模光学数据总线接口；(b)工作原理
3. 光子学系统
美国Neophotonics公司的Likai Zhu等研究人员使用有限有效位数（ENOB）数字模拟转换器（DAC）对预均衡进行了数值模拟和实验研究。结果表明，预均衡能够显著提高峰均比（PAPR）和降低DAC的失真比（SINAD），并且传输性能可以通过SINAD和带宽补偿之间的权衡来优化。他们在优化后的数字预均衡器中，利用全光硅子IQ调制器实现了100G波特16QAM和32QAM光信号的传输，实验装置如图3所示。此外，他们还研究了模拟带宽的限制问题。仿真结果表明，发射机模拟频率响应滚转斜率和小于-15dB的模拟带宽对预均衡高波特率传输非常重要[3]。
图3 基于SiPho调制器实现QAM传输的实验装置
厦门大学的Nan Li等研究人员研究了工作在639nm的二极管泵浦Pr：YLF可见激光器中高阶横模的产生，装置如图4所示。他们使用双镜线性腔并在连续波工作状态下操作激光器，通过离轴泵浦和激光谐振器的错位，直接产生了m从0到120变化的可调谐厄米-高斯模HG0, m；同样，他们使用V型腔加上Co: ASL饱和吸收器，在Q转换状态下也生成了高阶HG0, m模式，并且m的最大变化值为12。在上述两种情况下，腔内HG0, m模通过放置在腔外的一对圆柱透镜转换为相应的拉盖尔-高斯模LG0,m，研究人员使用菲佐干涉仪来检查波前螺旋特性。这种在连续波以及调Q态中获得的可调谐高阶激光横向模式适合许多应用场景，例如3D材料处理等[4]。
图4 相关激光装置
5. 光纤网络与传输系统
复旦大学电磁波信息科学重点实验室的Kaihui Wang等研究人员设计了一种直接检测（DD）的正交频分复用（OFDM）系统（如图5所示），系统中采用了Krams - Kronig(KK)检测和概率整形(PS)技术。借助于这两种技术，他们在25km标准单模光纤（SSMF）中成功传输了140Gbit/s PS-256QAM信号，所满足的NGMI阈值为0.865；KK检测方案作为该OFDM系统中采用的关键技术，能有效减少信号间拍频干扰（SSBI）的损伤，在低载波信号功率比（CSPR）的情况下能提高系统的传输性能，实验装置如图6所示。实验结果表明，采用KK检测技术和PS技术能有效提高单边带OFDM信号的收发性能[5]。
图5 相关收发系统
图6 基于KK检测技术的实验装置
参考文献[/b]
[1] Xinyue Lei; Christoph Wieschendorf; Josiah Firth; Francois Ladouceur; et al. All-in-One Fiber
Laser Based on a Liquid Crystal Transducer [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1409 - 1412.
[2] Hao Jia; Xin Fu; Ting Zhou; Lei Zhang; et al. Interface of Electrical Data-Bus to Multimode Optical Data-Bus Using Racetrack Microring Resonators [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1397 - 1400.
[3] Likai Zhu; Jianying Zhou; Jian Wang; Qun Zhang. Pre-Equalization and Bandwidth Limitation
for a 100-G-Baud 32 QAM All-Silicon Transmitter [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1453 - 1456.
[4] Nan Li; Bin Xu; Shengwei Cui; Xiaodong Qiu; et al. High-Order Vortex Generation From CW
and Passively Q-Switched Pr:YLF Visible Lasers [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1457 - 1460.
[5] Kaihui Wang; Yiran Wei; Mingming Zhao; et al. 140-Gb/s PS-256-QAM Transmission in an
OFDM System Using Kramers–Kronig Detection [J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2019, 31(17): 1405 - 1408.
