2019年11月JLT光通信论文评析
发布时间：2019-12-20 10:06:38 热度：1719
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11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光滤波系统，调制技术，光网络，传感技术以及光纤制备技术等。笔者将逐一评析。
1. 光滤波系统
光学频率梳（OFC）处理的频谱由一系列紧密分布的光谱（分布在数十到数百纳米之间）组成；受激布里渊散射（SBS）可以用于滤除OFC谱中的单模谱，并具有较好的放大性能。但是SBS过滤过程的稳定性较差，因此该技术暂时还不能在高精度实验中得以较好应用。为增强滤波模式（相对于原始模式）的相对稳定性和准确性，埃及吉萨国家标准研究所的科研人员Osama Terra设计了一种锁相系统（如图1所示）；采用该系统，两种模式之间的相对稳定性可以达到10-17，相对精度达到3.6×10-19[1]。
图1 单模滤波系统
2. 调制技术
正交频分复用偏移正交幅度调制（OFDM/OQAM）降低了从复数域到实数域的正交条件；可以通过去除插入在连续光OFDM信号之间的循环前缀（CP）来消除由色散（CD）和偏振模色散（PMD）引起的码间串扰（ISI）负面影响，从而提高系统的频谱效率。除此之外，还可使用具有时频定位（TFL）特性的滤波器组来消除ISI和载波间干扰（ICI）。北京电子科技学院的Xi Fang等科研人员研究发现，信道估计的准确性和系统传输性能在很大程度上取决于光学OFDM/OQAM的滤波器组的TFL特性。科研人员分别从能量集中度、正交基和各向同性等方面对滤波器组（包含高斯滤波器、扩展高斯函数（EGF）滤波器以及各向同性正交传输算法（IOTA）滤波器）的TFL特性进行了比较。研究结果表明，IOTA滤波器显著降低了信道估计复杂度[2]。
图2 CO-OFDM / OQAM系统；S/P：串行到并行转换；P/S：并行到串行转换；
IFFT：快速傅里叶逆变换；FFT：快速傅立叶变换；D/A：数模转换；A/D：模数转换；LO：本地振荡器；MZM：马赫曾德尔调制器；PD：光电探测器
3. 光网络
随着数据业务对于通信容量以及信息服务的多样化要求越来越高，提高光传输网络的效率和灵活性显得尤为重要。光学物理层的快速重构（例如更改节点体系结构或物理网络拓扑）对外部环境具有更好的适应性。日本国家先进工业科学技术研究院的Kiyo Ishii等科研人员设计了一种新型的拓扑描述方案以支持光功能块粒度下的光物理层资源管理。基于该方案科研人员对名为PathFinder的路径计算引擎进行了重新设计，并应用于具有不同交换功能的各种光学组件组成的网络中。研究结果表明，在具有实际硬件的光网络测试平台上，该方案具有路径配置、节点体系结构更新以及从节点内部故障中恢复的功能[3]。
图3 多粒度分层光网络测试平台
4. 传感技术
中国暨南大学的Jun Deng等科研人员设计了一种基于飞秒激光脉冲在光纤内接多个内发射镜的高温传感系统，输出光谱由多个稳定分离且占主导作用的波峰（其峰间距和带宽可通过调整内反射镜来控制）组成。该传感装置在高达1100°C的温度范围内表现出耐高温性和高灵敏度性能，在100°C-400°C和400°C-1100°C的温度范围内的检测灵敏度分别可达至10.15 pm /°C和16.92 pm /°C。该光纤传感系统具有结构简单、坚固以及易于制造和操作的特点，将在传感应用中（尤其是在恶劣环境下进行高温检测时）具有较大应用前景[4]。
图4 高温测试下的实验装置 BBS：带宽源；OSA：光谱分析仪；SMF：单模光纤；
5. 光纤制备技术
北京交通大学电子与信息工程学院的Shibo Yan等科研人员制备了一种空心负曲率光纤（NCF），可应用于中红外区域并实现可调谐单偏振单模工作。该光纤具有对称的几何结构和不对称折射率包层（由两种不同折射率的中红外玻璃组成）。通过将光纤结构进行线性拉伸，该光纤还表现出不错的可调谐性，在2.0 μm至4.0 μm波长范围内之间可实现单偏振单模效应。科研人员还对波长分别为2.0 μm、3.0 μm和4.0 μm的负曲率光纤进行实验，结果表明这三种光纤的主要单偏振单模区域分别为2.020-2.022 μm、2.998-3.016 μm和3.998-4.018 μm，传输带宽最大可达到20 nm，偏振消光比分别可达到3180、5085以及2870。此外，这三种光纤还可在弯曲状态下保持良好的单偏振单模性能[5]。
图5 中红外双环NCF的结构
参考文献：
[1]. Osama Terra. “A Single Mode From Optical Frequency Comb With Relative Stability of 10−17 Using Stimulated Brillouin Scattering”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 21, pp. 5363–5369, November 1, 2019.
[2]. Xi Fang, Yuchao Wang, “Analysis of the Time-Frequency Localization Property of the Filter Banks for Optical OFDM/OQAM Systems”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 21, pp. 5392–5405, November 1, 2019.
[3]. Kiyo Ishii, Atsuko Takefusa, “Optical Network Resource Management Supporting Physical Layer Reconfiguration”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 21, pp. 5442–5454, November1, 2019.
[4]. Jun Deng, D. N. Wang, “Femtosecond Laser Inscribed Multiple In-Fiber Reflection Mirrors for High-Temperature Sensing”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 21, pp. 5537–5541, November 1, 2019.
[5]. Shibo Yan, Shuqin Lou, “Tunable Single-Polarization Single-Mode Negative-Curvature Fiber With an Asymmetrical Refractive Index Cladding for Mid-Infrared Region”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 22, pp. 5707–5713, November 15, 2019.
2019年11月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光滤波系统，调制技术，光网络，传感技术以及光纤制备技术等。笔者将逐一评析。
1. 光滤波系统
光学频率梳（OFC）处理的频谱由一系列紧密分布的光谱（分布在数十到数百纳米之间）组成；受激布里渊散射（SBS）可以用于滤除OFC谱中的单模谱，并具有较好的放大性能。但是SBS过滤过程的稳定性较差，因此该技术暂时还不能在高精度实验中得以较好应用。为增强滤波模式（相对于原始模式）的相对稳定性和准确性，埃及吉萨国家标准研究所的科研人员Osama Terra设计了一种锁相系统（如图1所示）；采用该系统，两种模式之间的相对稳定性可以达到10-17，相对精度达到3.6×10-19[1]。
图1 单模滤波系统
2. 调制技术
正交频分复用偏移正交幅度调制（OFDM/OQAM）降低了从复数域到实数域的正交条件；可以通过去除插入在连续光OFDM信号之间的循环前缀（CP）来消除由色散（CD）和偏振模色散（PMD）引起的码间串扰（ISI）负面影响，从而提高系统的频谱效率。除此之外，还可使用具有时频定位（TFL）特性的滤波器组来消除ISI和载波间干扰（ICI）。北京电子科技学院的Xi Fang等科研人员研究发现，信道估计的准确性和系统传输性能在很大程度上取决于光学OFDM/OQAM的滤波器组的TFL特性。科研人员分别从能量集中度、正交基和各向同性等方面对滤波器组（包含高斯滤波器、扩展高斯函数（EGF）滤波器以及各向同性正交传输算法（IOTA）滤波器）的TFL特性进行了比较。研究结果表明，IOTA滤波器显著降低了信道估计复杂度[2]。
图2 CO-OFDM / OQAM系统；S/P：串行到并行转换；P/S：并行到串行转换；
IFFT：快速傅里叶逆变换；FFT：快速傅立叶变换；D/A：数模转换；A/D：模数转换；LO：本地振荡器；MZM：马赫曾德尔调制器；PD：光电探测器
3. 光网络
随着数据业务对于通信容量以及信息服务的多样化要求越来越高，提高光传输网络的效率和灵活性显得尤为重要。光学物理层的快速重构（例如更改节点体系结构或物理网络拓扑）对外部环境具有更好的适应性。日本国家先进工业科学技术研究院的Kiyo Ishii等科研人员设计了一种新型的拓扑描述方案以支持光功能块粒度下的光物理层资源管理。基于该方案科研人员对名为PathFinder的路径计算引擎进行了重新设计，并应用于具有不同交换功能的各种光学组件组成的网络中。研究结果表明，在具有实际硬件的光网络测试平台上，该方案具有路径配置、节点体系结构更新以及从节点内部故障中恢复的功能[3]。
图3 多粒度分层光网络测试平台
4. 传感技术
中国暨南大学的Jun Deng等科研人员设计了一种基于飞秒激光脉冲在光纤内接多个内发射镜的高温传感系统，输出光谱由多个稳定分离且占主导作用的波峰（其峰间距和带宽可通过调整内反射镜来控制）组成。该传感装置在高达1100°C的温度范围内表现出耐高温性和高灵敏度性能，在100°C-400°C和400°C-1100°C的温度范围内的检测灵敏度分别可达至10.15 pm /°C和16.92 pm /°C。该光纤传感系统具有结构简单、坚固以及易于制造和操作的特点，将在传感应用中（尤其是在恶劣环境下进行高温检测时）具有较大应用前景[4]。
图4 高温测试下的实验装置 BBS：带宽源；OSA：光谱分析仪；SMF：单模光纤；
5. 光纤制备技术
北京交通大学电子与信息工程学院的Shibo Yan等科研人员制备了一种空心负曲率光纤（NCF），可应用于中红外区域并实现可调谐单偏振单模工作。该光纤具有对称的几何结构和不对称折射率包层（由两种不同折射率的中红外玻璃组成）。通过将光纤结构进行线性拉伸，该光纤还表现出不错的可调谐性，在2.0 μm至4.0 μm波长范围内之间可实现单偏振单模效应。科研人员还对波长分别为2.0 μm、3.0 μm和4.0 μm的负曲率光纤进行实验，结果表明这三种光纤的主要单偏振单模区域分别为2.020-2.022 μm、2.998-3.016 μm和3.998-4.018 μm，传输带宽最大可达到20 nm，偏振消光比分别可达到3180、5085以及2870。此外，这三种光纤还可在弯曲状态下保持良好的单偏振单模性能[5]。
图5 中红外双环NCF的结构
参考文献：
[1]. Osama Terra. “A Single Mode From Optical Frequency Comb With Relative Stability of 10−17 Using Stimulated Brillouin Scattering”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 21, pp. 5363–5369, November 1, 2019.
[2]. Xi Fang, Yuchao Wang, “Analysis of the Time-Frequency Localization Property of the Filter Banks for Optical OFDM/OQAM Systems”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 21, pp. 5392–5405, November 1, 2019.
[3]. Kiyo Ishii, Atsuko Takefusa, “Optical Network Resource Management Supporting Physical Layer Reconfiguration”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 21, pp. 5442–5454, November1, 2019.
[4]. Jun Deng, D. N. Wang, “Femtosecond Laser Inscribed Multiple In-Fiber Reflection Mirrors for High-Temperature Sensing”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 21, pp. 5537–5541, November 1, 2019.
[5]. Shibo Yan, Shuqin Lou, “Tunable Single-Polarization Single-Mode Negative-Curvature Fiber With an Asymmetrical Refractive Index Cladding for Mid-Infrared Region”[J], IEEE J. Lightw. Technol., vol. 37, no. 22, pp. 5707–5713, November 15, 2019.
