2021年10月JLT光通信论文评析
发布时间：2021-11-29 09:58:56 热度：1582
11/29/2021，光纤在线讯，光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，杨骐铭，伊林芳，田青，于妮。
2021年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：波长选择开关，无线光通信，光纤参量放大器，光纤激光器，滤波器以及可见光定位等；笔者将逐一评析。
1.波长选择开关
荷兰埃因霍芬理工大学的Rafael Kraemer等研究人员设计了一种支持O、S、C和L波段工作的多波段集成12波长选择开关（WSS）方案，如图1所示。该设计方案采用折叠阵列波导光栅（AWG）作为滤波器件，该器件中的热光开关可驱使不同波段光信号传输至任意输出端口[1]。研究人员针对不同波段和调制格式下WSS的传输性能进行了实验研究；结果表明，在O、S、C和L波段，采用强度调制直接检测（IM/DD）和非归零码开关键控（NRZ-OOK）方式进行信号无差错传输时，最高传输速率可达35Gbit/s；在S、C和L波段传输相干64阶正交幅度调制（64-QAM）信号，最高传输速率可高达169.83Gbit/s。
2.无线光通信
重庆大学的Chen Chen等研究人员设计了采用四类正交频分复用（OFDM）的广义光学多输入多输出（GO-MIMO）方案，并在无线光通信（OWC）系统中进行了研究，如图2所示；四类方案分别为采用OFDM的频域广义空间调制（FD-GSM）、频域广义空间复用（FD-GSMP）、时域广义空间调制（TD-GSM）和时域广义空间复用（TD-GSMP）。研究人员针对每种方案设计了相应的最大似然（ML）检测算法，用于对其空间符号与星座符号进行有效估计；在典型室内环境中，通过大量仿真来评估和比较各方案在多种MIMO设置下的性能[2]。仿真实验结果表明，当接收机位置确定时，存在GO-MIMO方案的最优解，并达到目标频谱效率并实现最佳误码性能。
3.光纤参量放大器
英国阿斯顿大学的Vladimir Gordienko等研究人员对三种偏振分集环路构建的偏振不敏感光纤参量放大器( FOPAs )进行了研究，如图3所示；并对噪声系数优化、非线性损伤的抑制及其他特性进行了比较分析。研究人员设计了21路波分复用（WDM）系统，各信道中心频率间隔为50GHz（其中第11路信道传输35GBaud偏分复用正交相移键控（PDM-QPSK）信号），通过研究非线性串扰程度、噪声系数和放大信号误码率的功率对方案进行评估[3]。该研究首次实现了使用偏振不敏感FOPA对WDM信号进行放大处理，噪声系数低至5.8dB，WDM系统传输的信号输出功率为23dBm；研究人员认为此类偏振不敏感FOPA在未来光通信系统中具有一定的应用发展潜力。
4. 光纤激光器
马来亚大学的Harith Ahmad等研究人员设计了具有三倍布里渊频率间隔的可调谐双波长布里渊-铋光纤激光器（频率间隔为37.8GHz），装置如图4所示。该装置包含两个主腔，腔1是采用为2km的单模光纤（SMF）和环形器来产生单倍布里渊频移；腔2由长度为10 km的色散补偿光纤（DCF）组成，用于产生双倍布里渊频移。同时，研究人员搭建了一个稳定双波长的布里渊-铋光纤激光器，其中布里渊抽运光源（BP）信号和三阶布里渊斯托克斯（BS3）信号的低峰值功率波动分别为0.13 dB和0.6 dB。研究结果表明：改变布里渊泵浦光的中心波长，该激光器支持在40nm范围内（1300 nm-1340 nm）进行调谐，频率间隔也能在12.6 GHz、25.2 GHz和37.8 GHz之间进行切换[4]；因此，该类激光器在低相位噪声微波源制备中具有一定的潜在应用前景。
5. 滤波器
南开大学的Jiwei Li等研究人员在分析两个正交矢量（HEX11和HEY11）耦合的单回音壁模式（WGM）基础上，在理想准临界耦合（QCC）状态下对带宽可调分插滤波器的性能进行了研究，如图5所示。研究结果表明，滤波器Drop端的带宽在54.0～775.8 MHz可调范围内时，转换效率保持在95%以上；Through端的带宽在6.6～720.6 MHz可调范围内时，插入损耗波动小于5%[5]。与线性偏振（LP）模式下的可调谐滤波器相比，该滤波器具有插入损耗波动小、带宽调谐范围宽、结构稳定等优点，有望在微波光子学、窄线宽激光器和非线性光学中的得以应用。
6. 可见光定位
为满足位置识别服务的需求，沙哈拉法赫大学石油与矿业学院电气工程系的Ibrahim M等研究人员基于接收信号强度（RSS）对室内可见光定位技术进行了研究，并设计了改进路径损耗模型的人工数据集成方案，用于解决费力且耗时的指纹库构建问题，如图6所示。研究人员对四种估计可变路径损耗（PL）指数的插值技术（双三次插值、V4插值、双线性插值、加权K近邻（Wk-NN））进行对比，证明Wk-NN算法校准效果最佳。研究结果表明，在25房间内使用4个发光二极管（LED），采用53个稀疏测量点可实现2.48cm的平均定位误差；在大约9的区域内，采用18个离线测量点可实现3.04cm的平均定位误差；在大约6的区域内，仅用16个离线测量点可实现1.92cm的平均定位误差[6]。该方案通过极低密度的离线测量点实现了高精度的定位识别功能。
参考文献：
[1] R. Kraemer et al., “Multi-band photonic integrated wavelength selective switch,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 19, pp. 6023–6032, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3096045.
[2] C. Chen et al., “OFDM-Based generalized optical MIMO,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 19, pp. 6063–6075, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3095359.
[3] V. Gordienko, F. M. Ferreira, C. B. Gaur, and N. J. Doran, “Looped Polarization-Insensitive Fiber Optical Parametric Amplifiers for Broadband High Gain Applications,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 19, pp. 6045–6053, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3099441.
[4] H. Ahmad, S. N. Aidit, M. Z. Samion, S. Wang, Y. Wang, and J. K. Sahu, “Tunable Dual-Wavelength Bismuth Fiber Laser with 37.8-GHz Frequency Spacing,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 20, pp. 6617–6623, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3100987.
[5] J. Li et al., “Bandwidth Tunable Filter Based on Ideal Quasi-Critical Coupling State in WGM Cavity,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 20, pp. 6547–6552, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3104397.
[6] I. M. Abou-Shehada, A. F. Almuallim, A. K. Alfaqeh, A. H. Muqaibel, K. H. Park, and M. S. Alouini, “Accurate Indoor Visible Light Positioning Using a Modified Pathloss Model with Sparse Fingerprints,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 20, pp. 6487–6497, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3098005.
2021年10月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：波长选择开关，无线光通信，光纤参量放大器，光纤激光器，滤波器以及可见光定位等；笔者将逐一评析。
1.波长选择开关
荷兰埃因霍芬理工大学的Rafael Kraemer等研究人员设计了一种支持O、S、C和L波段工作的多波段集成12波长选择开关（WSS）方案，如图1所示。该设计方案采用折叠阵列波导光栅（AWG）作为滤波器件，该器件中的热光开关可驱使不同波段光信号传输至任意输出端口[1]。研究人员针对不同波段和调制格式下WSS的传输性能进行了实验研究；结果表明，在O、S、C和L波段，采用强度调制直接检测（IM/DD）和非归零码开关键控（NRZ-OOK）方式进行信号无差错传输时，最高传输速率可达35Gbit/s；在S、C和L波段传输相干64阶正交幅度调制（64-QAM）信号，最高传输速率可高达169.83Gbit/s。
2.无线光通信
重庆大学的Chen Chen等研究人员设计了采用四类正交频分复用（OFDM）的广义光学多输入多输出（GO-MIMO）方案，并在无线光通信（OWC）系统中进行了研究，如图2所示；四类方案分别为采用OFDM的频域广义空间调制（FD-GSM）、频域广义空间复用（FD-GSMP）、时域广义空间调制（TD-GSM）和时域广义空间复用（TD-GSMP）。研究人员针对每种方案设计了相应的最大似然（ML）检测算法，用于对其空间符号与星座符号进行有效估计；在典型室内环境中，通过大量仿真来评估和比较各方案在多种MIMO设置下的性能[2]。仿真实验结果表明，当接收机位置确定时，存在GO-MIMO方案的最优解，并达到目标频谱效率并实现最佳误码性能。
3.光纤参量放大器
英国阿斯顿大学的Vladimir Gordienko等研究人员对三种偏振分集环路构建的偏振不敏感光纤参量放大器( FOPAs )进行了研究，如图3所示；并对噪声系数优化、非线性损伤的抑制及其他特性进行了比较分析。研究人员设计了21路波分复用（WDM）系统，各信道中心频率间隔为50GHz（其中第11路信道传输35GBaud偏分复用正交相移键控（PDM-QPSK）信号），通过研究非线性串扰程度、噪声系数和放大信号误码率的功率对方案进行评估[3]。该研究首次实现了使用偏振不敏感FOPA对WDM信号进行放大处理，噪声系数低至5.8dB，WDM系统传输的信号输出功率为23dBm；研究人员认为此类偏振不敏感FOPA在未来光通信系统中具有一定的应用发展潜力。
4. 光纤激光器
马来亚大学的Harith Ahmad等研究人员设计了具有三倍布里渊频率间隔的可调谐双波长布里渊-铋光纤激光器（频率间隔为37.8GHz），装置如图4所示。该装置包含两个主腔，腔1是采用为2km的单模光纤（SMF）和环形器来产生单倍布里渊频移；腔2由长度为10 km的色散补偿光纤（DCF）组成，用于产生双倍布里渊频移。同时，研究人员搭建了一个稳定双波长的布里渊-铋光纤激光器，其中布里渊抽运光源（BP）信号和三阶布里渊斯托克斯（BS3）信号的低峰值功率波动分别为0.13 dB和0.6 dB。研究结果表明：改变布里渊泵浦光的中心波长，该激光器支持在40nm范围内（1300 nm-1340 nm）进行调谐，频率间隔也能在12.6 GHz、25.2 GHz和37.8 GHz之间进行切换[4]；因此，该类激光器在低相位噪声微波源制备中具有一定的潜在应用前景。
5. 滤波器
南开大学的Jiwei Li等研究人员在分析两个正交矢量（HEX11和HEY11）耦合的单回音壁模式（WGM）基础上，在理想准临界耦合（QCC）状态下对带宽可调分插滤波器的性能进行了研究，如图5所示。研究结果表明，滤波器Drop端的带宽在54.0～775.8 MHz可调范围内时，转换效率保持在95%以上；Through端的带宽在6.6～720.6 MHz可调范围内时，插入损耗波动小于5%[5]。与线性偏振（LP）模式下的可调谐滤波器相比，该滤波器具有插入损耗波动小、带宽调谐范围宽、结构稳定等优点，有望在微波光子学、窄线宽激光器和非线性光学中的得以应用。
6. 可见光定位
为满足位置识别服务的需求，沙哈拉法赫大学石油与矿业学院电气工程系的Ibrahim M等研究人员基于接收信号强度（RSS）对室内可见光定位技术进行了研究，并设计了改进路径损耗模型的人工数据集成方案，用于解决费力且耗时的指纹库构建问题，如图6所示。研究人员对四种估计可变路径损耗（PL）指数的插值技术（双三次插值、V4插值、双线性插值、加权K近邻（Wk-NN））进行对比，证明Wk-NN算法校准效果最佳。研究结果表明，在25房间内使用4个发光二极管（LED），采用53个稀疏测量点可实现2.48cm的平均定位误差；在大约9的区域内，采用18个离线测量点可实现3.04cm的平均定位误差；在大约6的区域内，仅用16个离线测量点可实现1.92cm的平均定位误差[6]。该方案通过极低密度的离线测量点实现了高精度的定位识别功能。
参考文献：
[1] R. Kraemer et al., “Multi-band photonic integrated wavelength selective switch,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 19, pp. 6023–6032, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3096045.
[2] C. Chen et al., “OFDM-Based generalized optical MIMO,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 19, pp. 6063–6075, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3095359.
[3] V. Gordienko, F. M. Ferreira, C. B. Gaur, and N. J. Doran, “Looped Polarization-Insensitive Fiber Optical Parametric Amplifiers for Broadband High Gain Applications,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 19, pp. 6045–6053, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3099441.
[4] H. Ahmad, S. N. Aidit, M. Z. Samion, S. Wang, Y. Wang, and J. K. Sahu, “Tunable Dual-Wavelength Bismuth Fiber Laser with 37.8-GHz Frequency Spacing,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 20, pp. 6617–6623, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3100987.
[5] J. Li et al., “Bandwidth Tunable Filter Based on Ideal Quasi-Critical Coupling State in WGM Cavity,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 20, pp. 6547–6552, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3104397.
[6] I. M. Abou-Shehada, A. F. Almuallim, A. K. Alfaqeh, A. H. Muqaibel, K. H. Park, and M. S. Alouini, “Accurate Indoor Visible Light Positioning Using a Modified Pathloss Model with Sparse Fingerprints,” J. Light. Technol., vol. 39, no. 20, pp. 6487–6497, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3098005.
