2023年7月PTL光通信论文评析
发布时间：2023-08-28 09:51:48 热度：900
8/28/2023，光纤在线讯，光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，陈鹏，李彦霖，李冲，左仁杰，刘栓凡，袁杰，胡文光，陈超，李文臣，杨林婕，柳海楠，2023年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：微波光子测量、自由空间光通信、芯间串扰、光载太赫兹传输、激光雷达等，笔者将逐一评析。
1、微波光子测量
美国马里兰大学的Charles J等研究人员对单通道微波光子辐射计的非线性功率响应进行了分析和测量，如图1所示；其中，研究人员以极窄的光谱分辨率处理大带宽的辐射数据；考虑到信号处理带宽有较大的动态工作变化范围，研究人员采用了外差式光子辐射计，并利用微波热噪声源进行测试[1]。研究结果表明，对比连续波信号，热噪声信号的1dB输出功率压缩点值大约是平均射频输入功率值的一半。上述研究结果为未来研制满足特定噪声系数和动态范围需求的微波光子辐射计提供了借鉴参考。
浙江大学的Qingshui Guo 等研究人员设计了采用光学倍频和相干接收基带线性调频（LFM）脉冲的微波光子雷达；该装置具有抑制干扰的高分辨率探测能力，如图2所示。在发射机中，研究人员采用双臂马赫-曾德尔调制器（DPMZM）实现了基带信号的四倍频过程；在接收机中，研究人员采用光学相干探测模式实现了高灵敏度信号的有效接收[2]。研究结果表明，应用该装置可有效削弱倍频信号的杂散频率成分，而且支持实现高倍频因子的工作机制。研究人员对中心频率22GHz、带宽8GHz、脉宽5μs的雷达系统进行了目标检测验证，实现了2.0cm距离分辨率和40.4dB的图像抑制比。因此，上述方案对未来研制具备大倍频因子、高干扰抑制比和高分辨率探测灵敏度的微波光子雷达提供了参考思路。
2、自由空间光通信
中国科学院的Fan Zou等研究人员设计了含19子孔径通道（等效孔径为152mm）的相位光纤激光阵列（PFLA），并实现了大气湍流补偿和光学相干通信方案，如图3所示。研究结果表明，如对每个子孔径上的开关和倾斜相位进行多维控制，可实现全光纤结构中接收光束的同相调整和自适应光纤耦合过程，与开环技术相比平均接收功率增加了约12倍，由大气湍流引起的闪烁指数从0.275降低到0.041[3]。综上所述，改方案显示了相位光纤激光阵列的实用性和自适应光学适配性，有望未来在城市自由空间光通信系统中应用。
3、芯间串扰
葡萄牙里斯木大学的Tiago M等研究人员数值模拟研究了信号与芯间串扰（ICXT）之间的偏振失准过程对直接检测（DD）弱耦合多芯光纤（WC-MCF）通信系统性能的影响，如图4所示 [4]。研究结果表明：当信号场极化与ICXT极化分量一致时，误码率（BER）值并不一定最优，随着时间推移，误码率值有可能会进一步劣化；在相同的中断概率时，与信号和ICXT场独立极化情况相比，较高的误码率值会导致ICXT水平需求增加1~2 dB。因此，上述方案更适用于可能包含任意偏振与ICXT场之间偏移（两芯之间的相对传播时间延迟）的直接检测开关键控WC-MCF短距离光通信系统。
复旦大学的Junting Shi等研究人员设计了通过46Gbaud正交相移键控（QPSK）信号生成4096进制正交幅度调制（QAM）正交频分复用（OFDM）信号光载太赫兹（THz）输入多输出（MIMO）传输方案，如图5所示；并应用了偏振复用（PDM）和1位增量总和调制 （DSM）量化技术 [5]。研究结果表明，该方案支持在20km标准单模光纤（SSMF）和3m MIMO无线链路上传输4.6Ghz的4096-QAM-OFDM信号；接收的信号在15%开销下满足软判决前向纠错（SD-FEC）阈值1.0×10-2（相当于光载太赫兹传输信号的净速率为84.4 Gbps，低于EVM阈值的1.29%）。因此，上述方案为未来光纤无线通信网络收发和传输高阶调制信号提供了借鉴参考。
5、激光雷达
德国帕德博恩大学的Stephan Kruse等研究人员设计了利用多输出量子脉冲门（mQPG）的光探测与测距（lidar）系统，并研究了量子不确定性限制的距离分辨率。研究人员提出的mQPG增强型lidar系统能突破理论瑞利范围分辨率限制和基于经典脉冲lidar的单探测Cramér-Rao界限（CRB）。他们研究了在非线性光波导中门控脉冲在mQPG内与回波lidar脉冲的相互作用过程（mQPG的离散光谱通道强度包含目标距离信息）。研究人员在周期性极化（PP）钛扩散铌酸锂波导中制备了mQPG，并在实验室环境中搭建了测试系统，如图6所示[6]。研究结果表明，在1.56ps时600μm和1100μm的脉冲长度实验值与理论值一致。综上所述，上述可以可以为光子雷达系统的设计提供借鉴参考。
参考文献
[1]C. J. Turner, A. I. Harris, T. E. Murphy and M. Stephen, "Nonlinear Power Response in Heterodyne Photonic Radiometers for Microwave Remote Sensing," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 701-704, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3273412.
[2]Q. Guo, K. Yin, T. Chai, X. Ying and C. Ji, "Photonics-Based Broadband Radar With Coherent Receiving for High-Resolution Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 745-748, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3275958.
[3]F. Zou et al., "Turbulence Compensation for Receiving and Coherent Combining via Phased Fiber Laser Array," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 733-736, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3245841.
[4]T. M. F. Alves and A. V. T. Cartaxo, "Polarization Misalignment Between Signal and Crosstalk in Direct Detection WC-MCF Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 753-756, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3276215.
[5]J. Shi et al., "4096-QAM OFDM THz-Over-Fiber MIMO Transmission Using Delta-Sigma Modulation," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 741-744, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3271907.
[6]S. Kruse et al., "A Pulsed Lidar System With Ultimate Quantum Range Accuracy," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 769-772, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3277515.
1、微波光子测量
美国马里兰大学的Charles J等研究人员对单通道微波光子辐射计的非线性功率响应进行了分析和测量，如图1所示；其中，研究人员以极窄的光谱分辨率处理大带宽的辐射数据；考虑到信号处理带宽有较大的动态工作变化范围，研究人员采用了外差式光子辐射计，并利用微波热噪声源进行测试[1]。研究结果表明，对比连续波信号，热噪声信号的1dB输出功率压缩点值大约是平均射频输入功率值的一半。上述研究结果为未来研制满足特定噪声系数和动态范围需求的微波光子辐射计提供了借鉴参考。
浙江大学的Qingshui Guo 等研究人员设计了采用光学倍频和相干接收基带线性调频（LFM）脉冲的微波光子雷达；该装置具有抑制干扰的高分辨率探测能力，如图2所示。在发射机中，研究人员采用双臂马赫-曾德尔调制器（DPMZM）实现了基带信号的四倍频过程；在接收机中，研究人员采用光学相干探测模式实现了高灵敏度信号的有效接收[2]。研究结果表明，应用该装置可有效削弱倍频信号的杂散频率成分，而且支持实现高倍频因子的工作机制。研究人员对中心频率22GHz、带宽8GHz、脉宽5μs的雷达系统进行了目标检测验证，实现了2.0cm距离分辨率和40.4dB的图像抑制比。因此，上述方案对未来研制具备大倍频因子、高干扰抑制比和高分辨率探测灵敏度的微波光子雷达提供了参考思路。
2、自由空间光通信
中国科学院的Fan Zou等研究人员设计了含19子孔径通道（等效孔径为152mm）的相位光纤激光阵列（PFLA），并实现了大气湍流补偿和光学相干通信方案，如图3所示。研究结果表明，如对每个子孔径上的开关和倾斜相位进行多维控制，可实现全光纤结构中接收光束的同相调整和自适应光纤耦合过程，与开环技术相比平均接收功率增加了约12倍，由大气湍流引起的闪烁指数从0.275降低到0.041[3]。综上所述，改方案显示了相位光纤激光阵列的实用性和自适应光学适配性，有望未来在城市自由空间光通信系统中应用。
3、芯间串扰
葡萄牙里斯木大学的Tiago M等研究人员数值模拟研究了信号与芯间串扰（ICXT）之间的偏振失准过程对直接检测（DD）弱耦合多芯光纤（WC-MCF）通信系统性能的影响，如图4所示 [4]。研究结果表明：当信号场极化与ICXT极化分量一致时，误码率（BER）值并不一定最优，随着时间推移，误码率值有可能会进一步劣化；在相同的中断概率时，与信号和ICXT场独立极化情况相比，较高的误码率值会导致ICXT水平需求增加1~2 dB。因此，上述方案更适用于可能包含任意偏振与ICXT场之间偏移（两芯之间的相对传播时间延迟）的直接检测开关键控WC-MCF短距离光通信系统。
复旦大学的Junting Shi等研究人员设计了通过46Gbaud正交相移键控（QPSK）信号生成4096进制正交幅度调制（QAM）正交频分复用（OFDM）信号光载太赫兹（THz）输入多输出（MIMO）传输方案，如图5所示；并应用了偏振复用（PDM）和1位增量总和调制 （DSM）量化技术 [5]。研究结果表明，该方案支持在20km标准单模光纤（SSMF）和3m MIMO无线链路上传输4.6Ghz的4096-QAM-OFDM信号；接收的信号在15%开销下满足软判决前向纠错（SD-FEC）阈值1.0×10-2（相当于光载太赫兹传输信号的净速率为84.4 Gbps，低于EVM阈值的1.29%）。因此，上述方案为未来光纤无线通信网络收发和传输高阶调制信号提供了借鉴参考。
5、激光雷达
德国帕德博恩大学的Stephan Kruse等研究人员设计了利用多输出量子脉冲门（mQPG）的光探测与测距（lidar）系统，并研究了量子不确定性限制的距离分辨率。研究人员提出的mQPG增强型lidar系统能突破理论瑞利范围分辨率限制和基于经典脉冲lidar的单探测Cramér-Rao界限（CRB）。他们研究了在非线性光波导中门控脉冲在mQPG内与回波lidar脉冲的相互作用过程（mQPG的离散光谱通道强度包含目标距离信息）。研究人员在周期性极化（PP）钛扩散铌酸锂波导中制备了mQPG，并在实验室环境中搭建了测试系统，如图6所示[6]。研究结果表明，在1.56ps时600μm和1100μm的脉冲长度实验值与理论值一致。综上所述，上述可以可以为光子雷达系统的设计提供借鉴参考。
参考文献
[1]C. J. Turner, A. I. Harris, T. E. Murphy and M. Stephen, "Nonlinear Power Response in Heterodyne Photonic Radiometers for Microwave Remote Sensing," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 701-704, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3273412.
[2]Q. Guo, K. Yin, T. Chai, X. Ying and C. Ji, "Photonics-Based Broadband Radar With Coherent Receiving for High-Resolution Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 745-748, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3275958.
[3]F. Zou et al., "Turbulence Compensation for Receiving and Coherent Combining via Phased Fiber Laser Array," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 733-736, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3245841.
[4]T. M. F. Alves and A. V. T. Cartaxo, "Polarization Misalignment Between Signal and Crosstalk in Direct Detection WC-MCF Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 753-756, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3276215.
[5]J. Shi et al., "4096-QAM OFDM THz-Over-Fiber MIMO Transmission Using Delta-Sigma Modulation," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 741-744, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3271907.
[6]S. Kruse et al., "A Pulsed Lidar System With Ultimate Quantum Range Accuracy," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 769-772, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3277515.
