2020年12月PTL光通信论文评析
发布时间：2021-01-27 18:16:57 热度：1661
光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，胡钦政，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨琪铭，于妮
1/27/2021，光纤在线讯，2020年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光学均衡、功率放大、偏置控制系统、光纤激光器和光分插复用器等，笔者将逐一评析。
1、 光学均衡
希腊雅典大学的Christos Kouloumentas等研究人员采用光子集成（PIC）技术设计了一种多速率多通道的光学均衡器（OE）；该光学均衡器采用具有可调微环谐振器（MRR），光耦合器（OC）和移相器（PS）的有限脉冲响应（FIR）滤波器架构，将多符号速率操作技术与PIC技术相结合，实现了灵活选择滤波器抽头权重和有效时间延迟（TD）的过程。OE采用TriPleX技术构建，共有17个可重配置元件，包括9个MRR，5个光耦合器和3个独立移相器，装配结构如图1所示。研究表明，该类OE的使用可降低带宽受限信号的误码率，且支持MRR小型化应用到更高符号率，传输4.67和5.84Gbaud的信号能获得超过14dB的眼开度代价改善值[1]。
图1 光学均衡器结构
2、 功率放大
美国加州大学的Joshua Olson等研究人员设计了一种使用大模区高掺Er3 +磷酸盐光纤的主振荡功率放大器（MOPA）；该放大器使用任意波形发生器驱动电光调制器可生成重复频率为5 kHz至20 kHz的纳秒光脉冲，实验装置如图2所示。其中，使用的磷酸盐光纤符合双包层阶跃折射率分布，包层芯比为2.17，模面积为2wt％，尤其是在保持有效泵浦吸收的过程中具备较大的模场面积。研究表明，该放大器在75厘米长磷酸盐增益光纤情况下，可获得空间高斯3 mJ脉冲光束（持续时间为21.5 ns），在几乎没有额外频谱扩展时，最终获得超过13 dB增益[2]。
图2 MOPA的实验装置
3、 偏置控制系统
天津大学的Yizhe Ji等研究人员设计了基于锁相放大原理的可变步长摄动和观测（P＆O）算法，该算法与PID控制算法不同，无需调整比例、积分和微分常数，无需扫描工作点即可找到特定电压值，能自动调整步长；该算法通过降低参数调整难度简化了控制步骤，并提高了控制效率。研究人员在MATLAB中仿真比较了可变步长P＆O算法与固定步长算法，并基于STM32微控制单元(MCU)搭建了基于可变步长P＆O算法的MZ调制器偏置控制系统，相关方案如图3所示。研究表明，该系统无需初始偏置扫描即可自动找到工作点，并有效稳定偏置电压，可以满足需要将工作点设置为Quad的系统的应用需求[3]。
图3系统方案
4、 光纤激光器
南开大学的Mao Feng等研究人员设计了基于非线性偏振旋转和级联啁啾长周期光纤光栅（LPFG）的被动锁模Tm3+掺杂光纤激光器；该激光器输出的传统孤子脉冲工作于1878.8nm，3dB带宽值为3.94nm，脉冲持续时间为1.05ps，重复率为18.766MHz，如图4所示。研究人员将LPFG用作宽带横模转换器实现了光纤激光器的超快速圆柱矢量(CV)模式输出；研究表明，LPFG插入损耗小于0.1 dB，在1877 nm~1897 nm范围内具有10dB带宽（相当于90％的转换效率）；通过调节偏振控制器，可获得高纯度径向和方位极化模式（对于TE01和TM01模式，模式纯度经计算约为95.1％和94.9％[4] ）。
图4 光纤激光器结构及测试图
5、 光分插复用器
兰州大学的Yongheng Jiang等研究人员基于Benes网络设计了用于模式分割复用系统的灵活片上可重构光分插复用器（ROADM）； 该ROADM可以将所需模式信号从总线波导下载到任意引入端口，或通过添加任意端口将本地信号上传到总线所需的模式通道波导中。研究人员采用微环谐振器（MRR）作为Benes网络的基本交换单元，集成模式多路复用器（M-MUX）和模式解复用器（M-DEMUX）在多模式总线波导中输入和输出信号，如图5所示。研究表明，ROADM能在本地和总线波导之间添加或删除数据信息；在0.08 nm带宽上，ROADM的额外损耗（EL）值小于10.7 dB，不同光通道上的串扰（CT）值低于13.7 dB[5]。
图5 光分插复用器配置
参考文献
[1] C. Kouloumentas et al., "Multi-Rate and Multi-Channel Optical Equalizer Based on Photonic Integration," in
IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1465-1468, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3035506.
[2] J. Olson et al., "3 mJ All-Fiber MOPA With a Short-Length Highly Er3+-Doped Phosphate Fiber," in IEEE Photonics
Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1481-1484, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3036060.
[3] Y. Ji, B. Wu, Y. Hou and A. Ding, "A MZ Modulator Bias Control System Based on Variable Step P&O Algorithm,"
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1473-1476, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3036093.
[4] M. Feng et al., "Mode-Locked Tm3⁺-Doped Fiber Laser With CV Mode Output Using a Cascading Chirped LPFG,"
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 24, pp. 1523-1526, 15 Dec.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3038415.
[5] Y. Jiang et al., "A Flexible and Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer for Mode Division Multiplexing Systems,"
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 24, pp. 1515-1518, 15 Dec.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3033714.
1/27/2021，光纤在线讯，2020年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光学均衡、功率放大、偏置控制系统、光纤激光器和光分插复用器等，笔者将逐一评析。
1、 光学均衡
希腊雅典大学的Christos Kouloumentas等研究人员采用光子集成（PIC）技术设计了一种多速率多通道的光学均衡器（OE）；该光学均衡器采用具有可调微环谐振器（MRR），光耦合器（OC）和移相器（PS）的有限脉冲响应（FIR）滤波器架构，将多符号速率操作技术与PIC技术相结合，实现了灵活选择滤波器抽头权重和有效时间延迟（TD）的过程。OE采用TriPleX技术构建，共有17个可重配置元件，包括9个MRR，5个光耦合器和3个独立移相器，装配结构如图1所示。研究表明，该类OE的使用可降低带宽受限信号的误码率，且支持MRR小型化应用到更高符号率，传输4.67和5.84Gbaud的信号能获得超过14dB的眼开度代价改善值[1]。
2、 功率放大
美国加州大学的Joshua Olson等研究人员设计了一种使用大模区高掺Er3 +磷酸盐光纤的主振荡功率放大器（MOPA）；该放大器使用任意波形发生器驱动电光调制器可生成重复频率为5 kHz至20 kHz的纳秒光脉冲，实验装置如图2所示。其中，使用的磷酸盐光纤符合双包层阶跃折射率分布，包层芯比为2.17，模面积为2wt％，尤其是在保持有效泵浦吸收的过程中具备较大的模场面积。研究表明，该放大器在75厘米长磷酸盐增益光纤情况下，可获得空间高斯3 mJ脉冲光束（持续时间为21.5 ns），在几乎没有额外频谱扩展时，最终获得超过13 dB增益[2]。
图2 MOPA的实验装置
3、 偏置控制系统
天津大学的Yizhe Ji等研究人员设计了基于锁相放大原理的可变步长摄动和观测（P＆O）算法，该算法与PID控制算法不同，无需调整比例、积分和微分常数，无需扫描工作点即可找到特定电压值，能自动调整步长；该算法通过降低参数调整难度简化了控制步骤，并提高了控制效率。研究人员在MATLAB中仿真比较了可变步长P＆O算法与固定步长算法，并基于STM32微控制单元(MCU)搭建了基于可变步长P＆O算法的MZ调制器偏置控制系统，相关方案如图3所示。研究表明，该系统无需初始偏置扫描即可自动找到工作点，并有效稳定偏置电压，可以满足需要将工作点设置为Quad的系统的应用需求[3]。
图3系统方案
4、 光纤激光器
南开大学的Mao Feng等研究人员设计了基于非线性偏振旋转和级联啁啾长周期光纤光栅（LPFG）的被动锁模Tm3+掺杂光纤激光器；该激光器输出的传统孤子脉冲工作于1878.8nm，3dB带宽值为3.94nm，脉冲持续时间为1.05ps，重复率为18.766MHz，如图4所示。研究人员将LPFG用作宽带横模转换器实现了光纤激光器的超快速圆柱矢量(CV)模式输出；研究表明，LPFG插入损耗小于0.1 dB，在1877 nm~1897 nm范围内具有10dB带宽（相当于90％的转换效率）；通过调节偏振控制器，可获得高纯度径向和方位极化模式（对于TE01和TM01模式，模式纯度经计算约为95.1％和94.9％[4] ）。
5、 光分插复用器
兰州大学的Yongheng Jiang等研究人员基于Benes网络设计了用于模式分割复用系统的灵活片上可重构光分插复用器（ROADM）； 该ROADM可以将所需模式信号从总线波导下载到任意引入端口，或通过添加任意端口将本地信号上传到总线所需的模式通道波导中。研究人员采用微环谐振器（MRR）作为Benes网络的基本交换单元，集成模式多路复用器（M-MUX）和模式解复用器（M-DEMUX）在多模式总线波导中输入和输出信号，如图5所示。研究表明，ROADM能在本地和总线波导之间添加或删除数据信息；在0.08 nm带宽上，ROADM的额外损耗（EL）值小于10.7 dB，不同光通道上的串扰（CT）值低于13.7 dB[5]。
图5 光分插复用器配置
参考文献
[1] C. Kouloumentas et al., "Multi-Rate and Multi-Channel Optical Equalizer Based on Photonic Integration," in
IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1465-1468, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3035506.
[2] J. Olson et al., "3 mJ All-Fiber MOPA With a Short-Length Highly Er3+-Doped Phosphate Fiber," in IEEE Photonics
Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1481-1484, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3036060.
[3] Y. Ji, B. Wu, Y. Hou and A. Ding, "A MZ Modulator Bias Control System Based on Variable Step P&O Algorithm,"
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 23, pp. 1473-1476, 1 Dec.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3036093.
[4] M. Feng et al., "Mode-Locked Tm3⁺-Doped Fiber Laser With CV Mode Output Using a Cascading Chirped LPFG,"
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 24, pp. 1523-1526, 15 Dec.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3038415.
[5] Y. Jiang et al., "A Flexible and Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer for Mode Division Multiplexing Systems,"
in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 24, pp. 1515-1518, 15 Dec.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3033714.
