2024年4月PTL光通信论文评析
发布时间：2024-06-03 16:44:14 热度：1129
6/03/2024，光纤在线讯，光纤在线特约编辑，邵宇丰，王安蓉，胡文光，陈超，杨林婕，柳海楠，李文臣，靳清清，岳京歌，张颜鹭。
2024年4月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纤无线通信、光纤放大器、相干光通信、光延迟线、光栅耦合器、传感器等，笔者将逐一评析。
1、光纤无线通信
印度理工学院的Sreeraj S. J等研究人员设计了一种四倍频多通道毫米波光纤无线通信系统，如图1所示。该系统采用双平行马赫曾德尔调制器（DPMZM）调制携带数据信息的中频信号，在密集波分复用信道中可以实现256QAM调制，并在基带单元（BBUs）中使用单倍率调制器，将所有信道在远程无线单元处（RRHs）上变频到26.4GHz[1]。研究结果表明：在双边带和单边带的多通道应用中，该系统符合3GPP规定的误差矢量幅度限制要求，支持在2公里光纤上实现256QAM调制信号传输。因此，该方案为多扇区天线部署型模拟光纤无线前传系统的建设提供了经济可行的参考思路。
2、光纤放大器
北京邮电大学的Jiaqi Wang等研究人员设计了一种单环均匀掺铒环芯光纤（RC-EDF），并在沟槽辅助下实现了高模态增益和低差分模态增益（DMG）的轨道角动量（OAM）放大模式，测试系统如图2所示[2]。研究结果表明：该装置可支持4个OAM模式组同时工作；放大后OAM模式的强度和相位畸变可忽略不计，表明增益过程稳定有效；RC-EDF放大器在C波段14种OAM放大模式下可获得大于23dB的高模态增益和小于1dB的低DMG。综上所述：该设计方案有助于实现长距离OAM模式的大容量、低复杂度多输入多输出（MIMO）的多路复用（MDM）系统应用。
3、相干光通信
广东工业大学的Xulin Gao等研究人员设计了采用电光相位反馈加密的相干光通信系统，如图3所示。信号发射端以连续波（CW1）激光器作为载波源发射1550.1 nm的光束；任意波形发生器（AWG）生成40Gb/s的同相和正交（IQ）信号分量，驱动光学多码型发射器（OMFT生成了双偏振正交相移键控（DP-QPSK）信号；在光正交相移键控（QPSK）信号的两个偏振态上实施电光反馈加密和相位置乱[3]。研究结果表明：该方案支持在180公里光纤跨度上传输40 Gb/s DP-QPSK信号，同时具备与商业光纤网络的兼容性；无需额外混沌同步和密钥分配过程，相关装备支持以可插拔的方式运行；其中，可变参数商业硬件的使用提供了宽泛的密钥分发空间，有潜力为未来相干光通信中的硬件加密过程提供高效、简洁的解决方案。因此，该系统具有的高保密性和鲁棒性特征为保障高速极化复用远距离相干光通信系统的安全提供了潜在解决方案。
4、光延迟线
长春理工大学的Lili Zhu等研究人员设计了适应于太赫兹时域光谱系统的新型多反射镜阵列光延迟线（MMAODL）结构，如图4所示。该结构主要由激光准直器（LC）、转盘（RD）、多反射镜阵列（MMA）、角锥棱镜（CP）和平面镜（PM）组成；采用RD和MMA替代了传统光延迟线（ODL）中正多面体反射镜阵列；采用CP和PM结构替代了传统型透镜和PM结构，增加了MMAODL的工作角度（兼容支持更大的时间延迟）[4]。研究结果表明： MMAODL的工作角度为13°，理论延迟时间228.71ps，实际工作延迟时间228.47ps，扫描频率533Hz。综上所述：该类延迟线的设计能在一定程度上满足太赫兹时域光谱系统长延迟时间和高扫描频率的要求，在光学探测领域具有广阔应用前景。
5、光栅耦合器
香港中文大学的Xuetong Zhou等研究人员利用中心对称结构设计了一种垂直型宽带光栅耦合器（PVBGC），如图5所示；该器件基于中心腔镜像对称内部结构形成了许多中心对称腔；不同工作波长光在其中发生临界耦合，并被限制在中心对称腔中；受到约束的光在腔中来回反射，缩短了光栅相互作用长度，有助于增加工作带宽；利用遗传算法，针对光栅中凹槽和齿的宽度及蚀刻深度进行了优化设计[5]。研究结果表明：该器件的耦合效率为4.6dB，1dB带宽为121nm；在1dB带宽内背向反射值低于9dB（最小背向反射值为23dB）。因为该器件易于制造，能够在粗波分复用系统中应用，并结合使用空分复用型多芯光纤增加了工作波长数量和传输容量。
6、传感器
哈尔滨工程大学的Chupeng Lu等研究人员采用包层再生长周期光纤光栅（CR-LPFG）设计了一种分段折射型传感器，如图6所示。CR-LPFG由单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）组成（制作过程包含精密拼接和CO2激光抛光）。在CO2 激光抛光过程中，MMF的原有包层完全去除后将形成新的折射率层；通过增强折射率调制来暴露更强的渐逝场以增强传感性能。此外，传感器在1.3805RIU处发生模式转换，实现灵敏度分段，适用于各种复杂情况[6]。研究结果表明：在1.3321RIU~1.3605RIU、1.3605RIU~1.3858RIU、1.3858RIU~1.4190 RIU范围内，折射率灵敏度分别为396.39nm/RIU、1878.60 nm/RIU和663.32 nm/RIU。该类传感器具有结构紧凑和成本较低的优势，能够在光领域传感器的更多应用领域中得以应用。
参考文献
[1]S. J. Sreeraj, B. Lakshman, R. Ganti, D. Koilpillai, A. Nirmalathas and D. Venkitesh, "Experimental Demonstration of Multi-Channel Frequency Quadrupling for Analog Optical Fronthauling," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 8, pp. 551-554, 15 April15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3365217.
[2]J. Wang et al., "Amplification of Multi-Order OAM Modes With High Gain and Low Differential Modal Gain," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 7, pp. 496-499, 1 April1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3371496.
[3]X. Gao et al., "40 Gb/s Secure Coherent Optical Communication Based on Electro-Optic Phase Feedback Encryption," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 7, pp. 481-484, 1 April1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3371515.
[4]L. Zhu?et al., "Multi-Period Fast Rotating Optical Delay Line With 228.47 ps Delay Time," in?IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 7, pp. 492-495, 1 April1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3371498.?
[5]X. Zhou, Y. Wang, Z. Zhang and H. K. Tsang, "Resonance-Enhanced Wideband Grating for Efficient Perfectly Vertical Coupling," in?IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 8, pp. 555-558, 15 April15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3379551.
[6]C. Lu?et al., "Sectional Sensitivity in RI Sensor During Mode Transition With Regenerative Cladding Layer," in?IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 8, pp. 575-578, 15 April15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3380028.?
2024年4月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纤无线通信、光纤放大器、相干光通信、光延迟线、光栅耦合器、传感器等，笔者将逐一评析。
1、光纤无线通信
印度理工学院的Sreeraj S. J等研究人员设计了一种四倍频多通道毫米波光纤无线通信系统，如图1所示。该系统采用双平行马赫曾德尔调制器（DPMZM）调制携带数据信息的中频信号，在密集波分复用信道中可以实现256QAM调制，并在基带单元（BBUs）中使用单倍率调制器，将所有信道在远程无线单元处（RRHs）上变频到26.4GHz[1]。研究结果表明：在双边带和单边带的多通道应用中，该系统符合3GPP规定的误差矢量幅度限制要求，支持在2公里光纤上实现256QAM调制信号传输。因此，该方案为多扇区天线部署型模拟光纤无线前传系统的建设提供了经济可行的参考思路。
2、光纤放大器
北京邮电大学的Jiaqi Wang等研究人员设计了一种单环均匀掺铒环芯光纤（RC-EDF），并在沟槽辅助下实现了高模态增益和低差分模态增益（DMG）的轨道角动量（OAM）放大模式，测试系统如图2所示[2]。研究结果表明：该装置可支持4个OAM模式组同时工作；放大后OAM模式的强度和相位畸变可忽略不计，表明增益过程稳定有效；RC-EDF放大器在C波段14种OAM放大模式下可获得大于23dB的高模态增益和小于1dB的低DMG。综上所述：该设计方案有助于实现长距离OAM模式的大容量、低复杂度多输入多输出（MIMO）的多路复用（MDM）系统应用。
3、相干光通信
广东工业大学的Xulin Gao等研究人员设计了采用电光相位反馈加密的相干光通信系统，如图3所示。信号发射端以连续波（CW1）激光器作为载波源发射1550.1 nm的光束；任意波形发生器（AWG）生成40Gb/s的同相和正交（IQ）信号分量，驱动光学多码型发射器（OMFT生成了双偏振正交相移键控（DP-QPSK）信号；在光正交相移键控（QPSK）信号的两个偏振态上实施电光反馈加密和相位置乱[3]。研究结果表明：该方案支持在180公里光纤跨度上传输40 Gb/s DP-QPSK信号，同时具备与商业光纤网络的兼容性；无需额外混沌同步和密钥分配过程，相关装备支持以可插拔的方式运行；其中，可变参数商业硬件的使用提供了宽泛的密钥分发空间，有潜力为未来相干光通信中的硬件加密过程提供高效、简洁的解决方案。因此，该系统具有的高保密性和鲁棒性特征为保障高速极化复用远距离相干光通信系统的安全提供了潜在解决方案。
4、光延迟线
长春理工大学的Lili Zhu等研究人员设计了适应于太赫兹时域光谱系统的新型多反射镜阵列光延迟线（MMAODL）结构，如图4所示。该结构主要由激光准直器（LC）、转盘（RD）、多反射镜阵列（MMA）、角锥棱镜（CP）和平面镜（PM）组成；采用RD和MMA替代了传统光延迟线（ODL）中正多面体反射镜阵列；采用CP和PM结构替代了传统型透镜和PM结构，增加了MMAODL的工作角度（兼容支持更大的时间延迟）[4]。研究结果表明： MMAODL的工作角度为13°，理论延迟时间228.71ps，实际工作延迟时间228.47ps，扫描频率533Hz。综上所述：该类延迟线的设计能在一定程度上满足太赫兹时域光谱系统长延迟时间和高扫描频率的要求，在光学探测领域具有广阔应用前景。
5、光栅耦合器
香港中文大学的Xuetong Zhou等研究人员利用中心对称结构设计了一种垂直型宽带光栅耦合器（PVBGC），如图5所示；该器件基于中心腔镜像对称内部结构形成了许多中心对称腔；不同工作波长光在其中发生临界耦合，并被限制在中心对称腔中；受到约束的光在腔中来回反射，缩短了光栅相互作用长度，有助于增加工作带宽；利用遗传算法，针对光栅中凹槽和齿的宽度及蚀刻深度进行了优化设计[5]。研究结果表明：该器件的耦合效率为4.6dB，1dB带宽为121nm；在1dB带宽内背向反射值低于9dB（最小背向反射值为23dB）。因为该器件易于制造，能够在粗波分复用系统中应用，并结合使用空分复用型多芯光纤增加了工作波长数量和传输容量。
6、传感器
哈尔滨工程大学的Chupeng Lu等研究人员采用包层再生长周期光纤光栅（CR-LPFG）设计了一种分段折射型传感器，如图6所示。CR-LPFG由单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）组成（制作过程包含精密拼接和CO2激光抛光）。在CO2 激光抛光过程中，MMF的原有包层完全去除后将形成新的折射率层；通过增强折射率调制来暴露更强的渐逝场以增强传感性能。此外，传感器在1.3805RIU处发生模式转换，实现灵敏度分段，适用于各种复杂情况[6]。研究结果表明：在1.3321RIU~1.3605RIU、1.3605RIU~1.3858RIU、1.3858RIU~1.4190 RIU范围内，折射率灵敏度分别为396.39nm/RIU、1878.60 nm/RIU和663.32 nm/RIU。该类传感器具有结构紧凑和成本较低的优势，能够在光领域传感器的更多应用领域中得以应用。
参考文献
[1]S. J. Sreeraj, B. Lakshman, R. Ganti, D. Koilpillai, A. Nirmalathas and D. Venkitesh, "Experimental Demonstration of Multi-Channel Frequency Quadrupling for Analog Optical Fronthauling," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 8, pp. 551-554, 15 April15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3365217.
[2]J. Wang et al., "Amplification of Multi-Order OAM Modes With High Gain and Low Differential Modal Gain," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 7, pp. 496-499, 1 April1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3371496.
[3]X. Gao et al., "40 Gb/s Secure Coherent Optical Communication Based on Electro-Optic Phase Feedback Encryption," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 7, pp. 481-484, 1 April1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3371515.
[4]L. Zhu?et al., "Multi-Period Fast Rotating Optical Delay Line With 228.47 ps Delay Time," in?IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 7, pp. 492-495, 1 April1, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3371498.?
[5]X. Zhou, Y. Wang, Z. Zhang and H. K. Tsang, "Resonance-Enhanced Wideband Grating for Efficient Perfectly Vertical Coupling," in?IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 8, pp. 555-558, 15 April15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3379551.
[6]C. Lu?et al., "Sectional Sensitivity in RI Sensor During Mode Transition With Regenerative Cladding Layer," in?IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 8, pp. 575-578, 15 April15, 2024, doi: 10.1109/LPT.2024.3380028.?
