2022年11月PTL光通信论文评析
发布时间：2022-12-13 15:54:38 热度：1805
12/13/2022，光纤在线讯，光纤在线特约编辑，邵宇丰，王安蓉，李冲，陈鹏，李彦霖，袁杰，左仁杰，刘栓凡，陈超，胡文光，李文臣，柳海楠，杨林婕 。
2022年11月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：马赫曾德尔调制器、光纤非线性效应、直接强度调制系统、垂直腔发射激光器、微波光子学、集成光学器件等，笔者将逐一评析。
1、马赫曾德尔调制器
加拿大麦吉尔大学的Essam Berikaa等研究人员设计了在O波段工作的硅光子行波马赫-曾德尔调制器（TW-MZM）集成封装方案，如图1所示。研究人员采用无射频或无光放大的封装模块，在低于前向纠错码（KP4-FEC）（驱动信号为750mVpp）误码率阈值和低于硬判决前向纠错码（HD - FEC）（驱动信号为500mVpp）误码率阈值时，使用线性前馈均衡器成功实现了在2 km 标准单模光纤（SSMF）上传输 28 Gbaud 四电平脉冲幅度调制（PAM4）信号[1]。研究人员测试了封装后MZM的插入损耗和3dB带宽值分别为16.5 dB和 16 GHz，并分别成功传输了36Gbaud PAM4和70 Gbaud PAM4信号。研究结果证明上述方案在短距离高速通信系统中具有一定的应用前景。
2、光纤非线性效应
北京邮电大学的Du Tang等研究人员设计了采用无限冲激响应滤波器减少干扰副载波数量的数字反向传播（IIR-RS-SCM-DBP）系统应用方案，如图2所示。研究人员首次在不影响非线性补偿（NLC）有效性的情况下，将自副载波非线性（SSN）和交叉副载波非线性（CSN）的串行计算和补偿转换为并行计算和融合补偿 [2]，并证明上述过程不会影响SCM-DBP的性能，并有助于分别降低SCM-DBP和IIR-RS-SCM-DBP（4个干扰子载波）约4.5%和10.8%的NLC复杂度。研究结果证明：与传统的SCM-DBP方案相比，具有融合结构的IIR-RS-SCM-DBP方案可以降低约63%的NLC复杂度（此时，Q2因子的损失代价值约为0.16dB。因此，上述设计方案有助于在数字副载波复用系统中实现更低成本的非线性补偿过程。
3、相干传输系统
加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的Essam Berikaa等研究人员设计了支持短距离数据中心内互连（DCI ）的非放大相干传输系统，如图3所示。研究人员采用工作在C波段的薄膜铌酸锂（TFLN）同相正交调制器（IQM）（6-dB带宽值为65 GHz，半波电压值为1.25 V）来测试系统传输性能。研究结果表明，在2到10公里标准单模光纤（SSMF）中传输124G baud 的32QAM单偏振信号，可实现软判决纠错编解码（ SD-FEC ）开销低于20 % （误码率阈值为2.4 × 10-2） [3]。综上所述，该系统方案在10公里以下大容量短距离传输领域极具发展潜力，并有望在波长容量超过1 Tbps/λ的高速互连系统中得以应用。
4、垂直腔发射激光器
中国科学院的Xing Zhang等研究人员设计了一种新型垂直腔面发射激光器（VCSEL），并实现了窄光谱和高输出功率的工作过程，如图4所示。该激光器表现出稳定的单模工作性能和抗高温温度特性，（在80° C温度条件下输出功率值为1.86mW）。研究人员使用该激光器在500 m单模光纤上无误码传输了50 Gbit/s的四电平脉冲幅度调制（PAM4）信号[4]。研究结果表明，采用SM-VCSELs并进行4通道封装可以制备400G DR8模块，与常用的直接调制激光器（DML）方案相比，该激光器在成本和功耗方面具备较明显的应用优势。
5、微波光子学
中国科学院大学的Fangping Li等研究人员采用双偏振双驱动马赫曾德尔调制器（DP-DDMZM）生成了双频双格式相位编码的微波信号，如图5所示。他们调节偏振控制器（PC）将激光二极管（LD）发射的线偏振光注入该调制器中， 并在x-DDMZM和y-DDMZM两个子模块上输入不同频率的微波信号，在不同工作频段能同时生成两种相位编码微波信号：一种是脉冲波模式下的二进制相位编码信号，另一种是连续波模式下的任意相位编码信号[5]。综上所述，上述方案可融合不同工作频率雷达测量的目标频响来提升距离轮廓分辨率，并获得高质量和高分辨率图像，因此该器件在地球科学领域双频雷达的应用中上具有潜在的推广价值。
6、集成光学器件
中国地质大学的Mengyuan Ye等研究人员设计了一种硅基双模光纤芯片型边缘耦合器，如图6所示。其中，TE0模和TE1模被分离成中心倒锥形和两侧锥形；研究人员在芯片边缘设计了三倒锥结构，可将硅波导模转换为少模光纤模，并将中心锥的模场转换为LP01模，两侧锥的模场转换为LP11模[6]。研究结果表明，在1520~1580nm的工作波长范围内，TE0-LP01模和TE1-LP11模耦合的插入损耗值为9.78dB和7.82dB，串扰值为-13.9dB和-22.5dB。由于该器件可实现TE0-LP01模和TE1-LP11模的高效耦合，且具备低损耗、低串扰和紧凑封装等应用优势，所以其在未来多模光纤芯片传输网络互连中有较大的推广价值。
参考文献
[1]E. Berikaa et al., "Net 67 Gbps Transmission Over 2 km at Sub 1 Vpp Using Packaged Silicon Photonic MZM," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 21, pp. 1139-1142, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3204186.
[2]D. Tang et al., "Digital Backpropagation for Subcarrier-Multiplexing Systems With Nonlinearity Compensation Fusion," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 22, pp. 1206-1209, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3210006.
[3]E. Berikaa, M. S. Alam and D. V. Plant, "Unamplified Coherent Transmission of Net 500 Gbps/Polarization/λ for Intra-Datacenter Interconnects," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 21, pp. 1135-1138, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3204178.
[4]X. Zhang et al., "50 Gbit/s PAM4 Data Transmission Over 500-m Single-Mode Fiber Using an 880-nm Single Mode VCSEL," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 22, pp. 1210-1213, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3206902.
[5]F. Li et al., "Photonic Generation of Dual-Band Dual-Format Phase-Coded Microwave Signals," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 21, pp. 1127-1130, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3204347.
[6]M. Ye, W. Zhang, Y. Li, L. Liu, X. Guo and Y. Yu, "Efficient Dual-Mode Fiber-Chip Edge Coupler Using an Adiabatic Mode Evolution Trident," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 22, pp. 1234-1237, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3210084.
2022年11月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：马赫曾德尔调制器、光纤非线性效应、直接强度调制系统、垂直腔发射激光器、微波光子学、集成光学器件等，笔者将逐一评析。
1、马赫曾德尔调制器
加拿大麦吉尔大学的Essam Berikaa等研究人员设计了在O波段工作的硅光子行波马赫-曾德尔调制器（TW-MZM）集成封装方案，如图1所示。研究人员采用无射频或无光放大的封装模块，在低于前向纠错码（KP4-FEC）（驱动信号为750mVpp）误码率阈值和低于硬判决前向纠错码（HD - FEC）（驱动信号为500mVpp）误码率阈值时，使用线性前馈均衡器成功实现了在2 km 标准单模光纤（SSMF）上传输 28 Gbaud 四电平脉冲幅度调制（PAM4）信号[1]。研究人员测试了封装后MZM的插入损耗和3dB带宽值分别为16.5 dB和 16 GHz，并分别成功传输了36Gbaud PAM4和70 Gbaud PAM4信号。研究结果证明上述方案在短距离高速通信系统中具有一定的应用前景。
2、光纤非线性效应
北京邮电大学的Du Tang等研究人员设计了采用无限冲激响应滤波器减少干扰副载波数量的数字反向传播（IIR-RS-SCM-DBP）系统应用方案，如图2所示。研究人员首次在不影响非线性补偿（NLC）有效性的情况下，将自副载波非线性（SSN）和交叉副载波非线性（CSN）的串行计算和补偿转换为并行计算和融合补偿 [2]，并证明上述过程不会影响SCM-DBP的性能，并有助于分别降低SCM-DBP和IIR-RS-SCM-DBP（4个干扰子载波）约4.5%和10.8%的NLC复杂度。研究结果证明：与传统的SCM-DBP方案相比，具有融合结构的IIR-RS-SCM-DBP方案可以降低约63%的NLC复杂度（此时，Q2因子的损失代价值约为0.16dB。因此，上述设计方案有助于在数字副载波复用系统中实现更低成本的非线性补偿过程。
3、相干传输系统
加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的Essam Berikaa等研究人员设计了支持短距离数据中心内互连（DCI ）的非放大相干传输系统，如图3所示。研究人员采用工作在C波段的薄膜铌酸锂（TFLN）同相正交调制器（IQM）（6-dB带宽值为65 GHz，半波电压值为1.25 V）来测试系统传输性能。研究结果表明，在2到10公里标准单模光纤（SSMF）中传输124G baud 的32QAM单偏振信号，可实现软判决纠错编解码（ SD-FEC ）开销低于20 % （误码率阈值为2.4 × 10-2） [3]。综上所述，该系统方案在10公里以下大容量短距离传输领域极具发展潜力，并有望在波长容量超过1 Tbps/λ的高速互连系统中得以应用。
4、垂直腔发射激光器
中国科学院的Xing Zhang等研究人员设计了一种新型垂直腔面发射激光器（VCSEL），并实现了窄光谱和高输出功率的工作过程，如图4所示。该激光器表现出稳定的单模工作性能和抗高温温度特性，（在80° C温度条件下输出功率值为1.86mW）。研究人员使用该激光器在500 m单模光纤上无误码传输了50 Gbit/s的四电平脉冲幅度调制（PAM4）信号[4]。研究结果表明，采用SM-VCSELs并进行4通道封装可以制备400G DR8模块，与常用的直接调制激光器（DML）方案相比，该激光器在成本和功耗方面具备较明显的应用优势。
5、微波光子学
中国科学院大学的Fangping Li等研究人员采用双偏振双驱动马赫曾德尔调制器（DP-DDMZM）生成了双频双格式相位编码的微波信号，如图5所示。他们调节偏振控制器（PC）将激光二极管（LD）发射的线偏振光注入该调制器中， 并在x-DDMZM和y-DDMZM两个子模块上输入不同频率的微波信号，在不同工作频段能同时生成两种相位编码微波信号：一种是脉冲波模式下的二进制相位编码信号，另一种是连续波模式下的任意相位编码信号[5]。综上所述，上述方案可融合不同工作频率雷达测量的目标频响来提升距离轮廓分辨率，并获得高质量和高分辨率图像，因此该器件在地球科学领域双频雷达的应用中上具有潜在的推广价值。
6、集成光学器件
中国地质大学的Mengyuan Ye等研究人员设计了一种硅基双模光纤芯片型边缘耦合器，如图6所示。其中，TE0模和TE1模被分离成中心倒锥形和两侧锥形；研究人员在芯片边缘设计了三倒锥结构，可将硅波导模转换为少模光纤模，并将中心锥的模场转换为LP01模，两侧锥的模场转换为LP11模[6]。研究结果表明，在1520~1580nm的工作波长范围内，TE0-LP01模和TE1-LP11模耦合的插入损耗值为9.78dB和7.82dB，串扰值为-13.9dB和-22.5dB。由于该器件可实现TE0-LP01模和TE1-LP11模的高效耦合，且具备低损耗、低串扰和紧凑封装等应用优势，所以其在未来多模光纤芯片传输网络互连中有较大的推广价值。
参考文献
[1]E. Berikaa et al., "Net 67 Gbps Transmission Over 2 km at Sub 1 Vpp Using Packaged Silicon Photonic MZM," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 21, pp. 1139-1142, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3204186.
[2]D. Tang et al., "Digital Backpropagation for Subcarrier-Multiplexing Systems With Nonlinearity Compensation Fusion," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 22, pp. 1206-1209, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3210006.
[3]E. Berikaa, M. S. Alam and D. V. Plant, "Unamplified Coherent Transmission of Net 500 Gbps/Polarization/λ for Intra-Datacenter Interconnects," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 21, pp. 1135-1138, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3204178.
[4]X. Zhang et al., "50 Gbit/s PAM4 Data Transmission Over 500-m Single-Mode Fiber Using an 880-nm Single Mode VCSEL," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 22, pp. 1210-1213, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3206902.
[5]F. Li et al., "Photonic Generation of Dual-Band Dual-Format Phase-Coded Microwave Signals," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 21, pp. 1127-1130, 1 Nov.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3204347.
[6]M. Ye, W. Zhang, Y. Li, L. Liu, X. Guo and Y. Yu, "Efficient Dual-Mode Fiber-Chip Edge Coupler Using an Adiabatic Mode Evolution Trident," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 22, pp. 1234-1237, 15 Nov.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3210084.
