2023年7月JLT光通信论文评析
发布时间：2023-08-28 10:06:11 热度：1051
8/28/2023，光纤在线讯，光纤在线特邀编辑，邵宇丰，王安蓉，袁杰，刘栓凡，左仁杰，李彦霖，陈鹏，李冲，李文臣，陈超，柳海楠 杨林婕，胡文光，2023年7月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：开关滤波器，光波导传感器，光频率梳，无源光网络，激光器等；笔者将逐一评析。
1.开关滤波器
加拿大女王大学的A. Jain等研究人员在含收发器噪声的双偏振64进制正交振幅调制（DP-64QAM）系统中，研究了级联波长选择性开关（WSS）滤波器导致带宽变窄的影响，图1为实验装置。他们应用了含训练序列（TS）的自适应均衡（AE）和导频辅助载波相位估计（PA-CPE）技术，分析了信噪比限制和滤波引起的信号失真[1]。研究结果表明：当收发器累积噪声导致信噪比降低及需要增加WSS滤波器时，广义互信息（GMI）值将降低；当带宽值大于38.5GHz时，中心频率偏移（CFO）对GMI的影响可以忽略不计；当带宽值小于38 GHz时，GMI对CFO影响更敏感。当带宽大于37.5GHz和传输函数带宽（BWOTF）小于12GHz时，GMI的表现更稳定；当带宽小于37 GHz且BWOTF大于12GHz时，会导致GMI快速退化，这是由于带宽变窄引起的失真；在密集波分复用（DWDM）系统中使用高阶平顶滤波器将缓解因带宽变窄而导致的收发性能劣化。综上所述，上述方案对级联WSS滤波器在现代光网络中的应用有一定的参考意义。
2.光波导传感器
昆明理工大学的Jiahong Zhang等研究人员设计了两种采用非对称马赫-曾德尔干涉仪（AMZI）、分段电极和锥形天线的LiNbO3（LN）光波导（OWG）电场传感器，用于测量电磁发射（EME）的动态范围和带宽，测量装置如图2所示。他们分别设计了含锥形天线和两个平行电极和含水平偶极天线与分段电极的两种传感器，并对EME脉冲波形进行了测量研究[2]，研究结果表明：该传感器与测量仪器结合可在时域内测量雷电电磁脉冲（LEMP）和纳秒电磁脉冲（EMP）波形，还可测量20 V/m至10 kV/m左右的脉冲电场；当信噪比为3 dB时，可以测量低至52.5 mV/m和0.3 mV/m的连续波电场，且传感器具有从100 kHz到10 GHz以上的宽频响应。研究人员还对炸药爆炸后的EME进行了测量，结果表明该传感器可在更大带宽和动态范围内测量电磁干扰影响。因此，该传感器在瞬态电磁脉冲检测领域中有一定的应用前景。
3.光频率梳
爱尔兰都柏林城市大学的E.P.Martin等研究人员利用两个增益开关光频梳（OFCs）进行了双梳气相光谱的测量，实验装置如图3所示。研究人员对半导体可调谐激光器（TL）（波长为1549.901nm）的外部光注入锁定相位和自由频谱范围（FSR）进行了分析，并从射频（RF）拍频峰值功率和频率稳定性两方面来表征RF拍频频谱 [3]。研究结果表明：OFCs中每根梳线最大波长的波动量均为2.5pm，41个采样点的射频梳频率稳定在1KHz之内，峰值功率均小于0.3dB。研究人员在661cm单通道气体池中通过对硫化氢（H2S）检测，证明双梳状系统的检测灵敏度值为740±160ppmv。综上所述，上述方案在无需自动反馈控制和手动调整的情况下保证了系统稳定性。
中山大学的J. Pan等研究人员研制了一种基于硫族芯片的新型激光光谱频率梳，如图4所示。他们设计的双梳光谱系统采用分布式反馈激光器（DFB）在小型芯片上直接泵浦两个硫系玻璃（ChG）微谐振腔，产生了含两个不同重复频率的孤子梳。研究人员将两个微梳组合在定向耦合器中，并将组合孤子串分为两条光传输路径，一条路径用来与气室相结合监测吸收信息，另一条则作为参考路径。他们将ChG芯片封装于1×1 cm2区域内（该区域由20个具有不同自由光谱范围（FSR）的微谐振器组成）。他们设计了含两种不同芯包层结构集成硫族微谐振器的制备工艺，并通过高非线性特性与光刻控制柔性色散特性证明了多功能克尔微梳（包括亮孤子微梳、暗脉冲微梳、拉曼-克尔微梳、带频散波的宽带克尔微梳）的产生机制，并分析了中红外克尔梳的未来发展方向[4]。上述研究方案中研究人员所设计的覆盖范围为3-5μm的双梳状分子光谱频率梳，在实时健康监测和支持临床诊断的分子指纹检测中具有一定的应用价值。
4.无源光网络
暨南大学的Haide. Wang等研究人员利用特定训练序列（TS）结构辅助数字信号处理（DSP）过程使得基于数字子载波复用（DSCM）的相干无源光网络（PON）具有低切换延迟特性，可以确保实现实时带宽分配，实验装置如图5所示。他们设计的TS结构包括频偏估计（FOE）、相位初始化定时恢复（TR）、帧同步和基于导频的载波相位恢复（CPR）过程，可以帮助DSCM PON快速收敛工作。研究人员应用得DSCM偏振复用（PDM）16QAM相干PON系统中，发射端包含8路子载波（每路子载波传输8Gband信号），DSCM信号由光网络单元（ONU）到分配到8个ONU[5]中。研究结果表明：采用特定TS结构和数据辅助DSP，在20%软判决前向纠错（SD-FEC）限制下，接收机灵敏度为-27 dBm，光功率预算值为35.5 dB。综上所述：该方案在100G PON系统建设中具有一定的参考意义。
5. 激光器
加拿大光电子学研究中心的G. Liu等研究人员比较了基于砷化铟（InAs）/磷化铟（InP）量子碰撞（QDash）与量子点（QDot）多波长激光器的锁模特性和噪声特性，如图6所示。研究人员对上述两种激光器的波长、带宽、阈值电流等基本参数特征进行了研究；他们应用的两种激光器中心波长分别为1549.2nm和1550.4nm，6 dB梳频带宽值分别为12.0nm和11.2nm，通道数值分别为52和49且光信噪比（OSNR）均大于40 dB。其中，Qdash激光器的阈值电流为51.8 mA，低于Qdot激光器的63.7 mA；当输入电流为480 mA时，QDash与QDot激光器的输出功率分别为32.9 mW和28.2 mW（Qdash激光器输出功率比QDot高16.7%）；Qdash激光器的腔损耗为5.0 cm-1，低于Qdot激光器的7.7 cm-1；QDash和QDot激光器工作在28.36 GHz和28.42 GHz时出现清晰的单峰，表明在较宽注入电流范围内可实现了高质量锁模，且QDot激光器的重复频率可调性高于QDash激光器，且平均相对强度噪声（RIN）和相位噪声低于QDash激光器。他们采用上述两类激光器作为光源，并比较了正交幅度调制（QAM）背对背传输系统中接收光信号的误码率性能[6]。综上所述，应用上述两种激光器生成低成本、多通道光信号对建设大规模光网络具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]Jain and J. C. Cartledge, "Analysis of Bandwidth Narrowing in Wavelength Selective Switch Enabled DP-64QAM Systems With Transceiver Noise," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 14, pp. 4590-4597, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3243864.
[2]J. Zhang, Q. Chen, F. Chen and J. Zhang, "LiNbO3 Optical Waveguide Sensor for Measurement of Electromagnetic Emission," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4444-4451, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3258529.
[3]E. P. Martin, S. T. Ahmad, S. Chandran, A. Rosado, A. A. Ruth and P. M. Anandarajah, "Stability Characterisation and Application of Mutually Injection Locked Gain Switched Optical Frequency Combs for Dual Comb Spectroscopy," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 45164521, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3255550.
[4]J. Pan, D. Xia, Z. Wang, B. Zhang and Z. Li, "Chalcogenide Chip-Based Frequency Combs for Advanced Laser Spectroscopy," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4065-4078, 1 July1, 2023, doi:10.1109/JLT.2023.3276769.
[5]H. Wang et al., "Fast-Convergence Digital Signal Processing for Coherent PON Using Digital SCM," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 14, pp. 4635-4643, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3243828.
[6]G. Liu et al., "Mode-Locking and Noise Characteristics of InAs/InP Quantum Dash/Dot Lasers," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4262-4270, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3244777.
1.开关滤波器
加拿大女王大学的A. Jain等研究人员在含收发器噪声的双偏振64进制正交振幅调制（DP-64QAM）系统中，研究了级联波长选择性开关（WSS）滤波器导致带宽变窄的影响，图1为实验装置。他们应用了含训练序列（TS）的自适应均衡（AE）和导频辅助载波相位估计（PA-CPE）技术，分析了信噪比限制和滤波引起的信号失真[1]。研究结果表明：当收发器累积噪声导致信噪比降低及需要增加WSS滤波器时，广义互信息（GMI）值将降低；当带宽值大于38.5GHz时，中心频率偏移（CFO）对GMI的影响可以忽略不计；当带宽值小于38 GHz时，GMI对CFO影响更敏感。当带宽大于37.5GHz和传输函数带宽（BWOTF）小于12GHz时，GMI的表现更稳定；当带宽小于37 GHz且BWOTF大于12GHz时，会导致GMI快速退化，这是由于带宽变窄引起的失真；在密集波分复用（DWDM）系统中使用高阶平顶滤波器将缓解因带宽变窄而导致的收发性能劣化。综上所述，上述方案对级联WSS滤波器在现代光网络中的应用有一定的参考意义。
2.光波导传感器
昆明理工大学的Jiahong Zhang等研究人员设计了两种采用非对称马赫-曾德尔干涉仪（AMZI）、分段电极和锥形天线的LiNbO3（LN）光波导（OWG）电场传感器，用于测量电磁发射（EME）的动态范围和带宽，测量装置如图2所示。他们分别设计了含锥形天线和两个平行电极和含水平偶极天线与分段电极的两种传感器，并对EME脉冲波形进行了测量研究[2]，研究结果表明：该传感器与测量仪器结合可在时域内测量雷电电磁脉冲（LEMP）和纳秒电磁脉冲（EMP）波形，还可测量20 V/m至10 kV/m左右的脉冲电场；当信噪比为3 dB时，可以测量低至52.5 mV/m和0.3 mV/m的连续波电场，且传感器具有从100 kHz到10 GHz以上的宽频响应。研究人员还对炸药爆炸后的EME进行了测量，结果表明该传感器可在更大带宽和动态范围内测量电磁干扰影响。因此，该传感器在瞬态电磁脉冲检测领域中有一定的应用前景。
3.光频率梳
爱尔兰都柏林城市大学的E.P.Martin等研究人员利用两个增益开关光频梳（OFCs）进行了双梳气相光谱的测量，实验装置如图3所示。研究人员对半导体可调谐激光器（TL）（波长为1549.901nm）的外部光注入锁定相位和自由频谱范围（FSR）进行了分析，并从射频（RF）拍频峰值功率和频率稳定性两方面来表征RF拍频频谱 [3]。研究结果表明：OFCs中每根梳线最大波长的波动量均为2.5pm，41个采样点的射频梳频率稳定在1KHz之内，峰值功率均小于0.3dB。研究人员在661cm单通道气体池中通过对硫化氢（H2S）检测，证明双梳状系统的检测灵敏度值为740±160ppmv。综上所述，上述方案在无需自动反馈控制和手动调整的情况下保证了系统稳定性。
中山大学的J. Pan等研究人员研制了一种基于硫族芯片的新型激光光谱频率梳，如图4所示。他们设计的双梳光谱系统采用分布式反馈激光器（DFB）在小型芯片上直接泵浦两个硫系玻璃（ChG）微谐振腔，产生了含两个不同重复频率的孤子梳。研究人员将两个微梳组合在定向耦合器中，并将组合孤子串分为两条光传输路径，一条路径用来与气室相结合监测吸收信息，另一条则作为参考路径。他们将ChG芯片封装于1×1 cm2区域内（该区域由20个具有不同自由光谱范围（FSR）的微谐振器组成）。他们设计了含两种不同芯包层结构集成硫族微谐振器的制备工艺，并通过高非线性特性与光刻控制柔性色散特性证明了多功能克尔微梳（包括亮孤子微梳、暗脉冲微梳、拉曼-克尔微梳、带频散波的宽带克尔微梳）的产生机制，并分析了中红外克尔梳的未来发展方向[4]。上述研究方案中研究人员所设计的覆盖范围为3-5μm的双梳状分子光谱频率梳，在实时健康监测和支持临床诊断的分子指纹检测中具有一定的应用价值。
4.无源光网络
暨南大学的Haide. Wang等研究人员利用特定训练序列（TS）结构辅助数字信号处理（DSP）过程使得基于数字子载波复用（DSCM）的相干无源光网络（PON）具有低切换延迟特性，可以确保实现实时带宽分配，实验装置如图5所示。他们设计的TS结构包括频偏估计（FOE）、相位初始化定时恢复（TR）、帧同步和基于导频的载波相位恢复（CPR）过程，可以帮助DSCM PON快速收敛工作。研究人员应用得DSCM偏振复用（PDM）16QAM相干PON系统中，发射端包含8路子载波（每路子载波传输8Gband信号），DSCM信号由光网络单元（ONU）到分配到8个ONU[5]中。研究结果表明：采用特定TS结构和数据辅助DSP，在20%软判决前向纠错（SD-FEC）限制下，接收机灵敏度为-27 dBm，光功率预算值为35.5 dB。综上所述：该方案在100G PON系统建设中具有一定的参考意义。
5. 激光器
加拿大光电子学研究中心的G. Liu等研究人员比较了基于砷化铟（InAs）/磷化铟（InP）量子碰撞（QDash）与量子点（QDot）多波长激光器的锁模特性和噪声特性，如图6所示。研究人员对上述两种激光器的波长、带宽、阈值电流等基本参数特征进行了研究；他们应用的两种激光器中心波长分别为1549.2nm和1550.4nm，6 dB梳频带宽值分别为12.0nm和11.2nm，通道数值分别为52和49且光信噪比（OSNR）均大于40 dB。其中，Qdash激光器的阈值电流为51.8 mA，低于Qdot激光器的63.7 mA；当输入电流为480 mA时，QDash与QDot激光器的输出功率分别为32.9 mW和28.2 mW（Qdash激光器输出功率比QDot高16.7%）；Qdash激光器的腔损耗为5.0 cm-1，低于Qdot激光器的7.7 cm-1；QDash和QDot激光器工作在28.36 GHz和28.42 GHz时出现清晰的单峰，表明在较宽注入电流范围内可实现了高质量锁模，且QDot激光器的重复频率可调性高于QDash激光器，且平均相对强度噪声（RIN）和相位噪声低于QDash激光器。他们采用上述两类激光器作为光源，并比较了正交幅度调制（QAM）背对背传输系统中接收光信号的误码率性能[6]。综上所述，应用上述两种激光器生成低成本、多通道光信号对建设大规模光网络具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]Jain and J. C. Cartledge, "Analysis of Bandwidth Narrowing in Wavelength Selective Switch Enabled DP-64QAM Systems With Transceiver Noise," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 14, pp. 4590-4597, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3243864.
[2]J. Zhang, Q. Chen, F. Chen and J. Zhang, "LiNbO3 Optical Waveguide Sensor for Measurement of Electromagnetic Emission," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4444-4451, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3258529.
[3]E. P. Martin, S. T. Ahmad, S. Chandran, A. Rosado, A. A. Ruth and P. M. Anandarajah, "Stability Characterisation and Application of Mutually Injection Locked Gain Switched Optical Frequency Combs for Dual Comb Spectroscopy," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 45164521, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3255550.
[4]J. Pan, D. Xia, Z. Wang, B. Zhang and Z. Li, "Chalcogenide Chip-Based Frequency Combs for Advanced Laser Spectroscopy," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4065-4078, 1 July1, 2023, doi:10.1109/JLT.2023.3276769.
[5]H. Wang et al., "Fast-Convergence Digital Signal Processing for Coherent PON Using Digital SCM," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 14, pp. 4635-4643, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3243828.
[6]G. Liu et al., "Mode-Locking and Noise Characteristics of InAs/InP Quantum Dash/Dot Lasers," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4262-4270, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3244777.
