2020年7月PTL光通信论文评析

光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，胡钦政，王壮，杨杰
8/19/2020，光纤在线讯，2020年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光源、无源器件、有源器件、光纤传输系统、光通信系统等，笔者将逐一评析。

1、光源
俄罗斯科学院普罗霍罗夫普通物理研究所的Svetlana S. Aleshkina等研究人员设计了一种工作在977nm附近的包层泵浦全光纤啁啾飞秒脉冲掺镱（Yb）锁模激光器。该激光器具有自启动功能，并且非常稳定，还有非线性极化演化（NPE）锁模机制和密集腔内自相位调制（SPM）环形腔，即使在非常短的有源光纤长度下，也可以获得接近977 nm的高增益，能够实现977 nm附近的小信号放大，结构如图1所示。研究人员使用新型掺Yb光纤在基于半导体可饱和吸收镜（SESAM）的锁模激光方案中演示了977 nm的皮秒脉冲信号的生成过程。研究表明，该激光器的腔内非线性效应增强时，所产生的脉冲频谱加宽，具有强大的自相位调制功能。使用该激光器配合外部衍射光栅压缩器可产生230 fs持续时间的脉冲[1]。

图1 激光器结构

2、无源器件
澳大利亚阿德莱德大学的Jonathan P. Hedger等研究人员设计了一种用于量子光学的光谱滤波器。该滤波器由全光纤法布里-珀罗（Fabry-Perot）谐振器组成，将频率差用作信号分离的手段，并且使用了两个定制设计的光纤光栅（FBG）；这些FBG以紧凑且稳定的封装提供了高传输性能和较高精细度。研究人员通过实验测试了该滤波器的传输性能和稳定性，实验装置如图2所示。研究表明，光谱滤波器的抑制比为31dB，峰值透射率为76％。在35小时内传输峰值谐振频率测量中仅需通过温度保持过程，实现了均方根（rms）偏差仅为2.84 MHz，相当于将滤光器的透射率稳定在其最大值的2％以内[2]。

图2 光谱滤波器实验装置
3、有源器件
中国科学院的Jiankun Wang等研究人员设计了一种宽带模拟应用的1.35 μm AlGaInAs / InP分布反馈（DFB）激光器。该激光器在宽调制频率下具有优异谐波特性，其二次谐波失真（2HD）为23 dB；在25 GHz调制频率下的群延迟时间为1.5 ps，原理结构如图3所示。研究人员通过优化有源层和与布拉格波长位置使该DFB激光器可实现宽带模拟应用。研究表明，DFB激光器的阈值电流为8.5mA，斜率效率为0.35 W / A；3dB调制带宽在60mA时达到21 GHz，在90mA时达到28 GHz；当输入调制功率为0 dBm时，调制频率范围（0-22GHz）中的2HD小于23 dB，最大2HD频率接近弛豫振荡频率的一半[3]。

图3 分布反馈（DFB）式激光器结构

4、光纤传输系统
英国班戈大学的W. Jin等研究人员测试了正交频分复用数字滤波器多址无源光网络（OFDM-DFMA PON）对光网络单元（ONU）收发器发生变化的容忍度和与信号传输能力相关的差分ONU发射功率动态范围。研究人员使用强度调制直接检测(IMDD)系统混合OFDM-DFMA PON在25km标准单模光纤（SSMF）上实现了多点对点上行信号30Gbit / s原始聚合传输，实验装置如图4所示。研究表明，通过使用长度短至16的数字滤波器，光纤传输障碍仅会导致小于1 dB的接收器灵敏度下降，信道干扰仅会导致小于2.5 dB的接收器灵敏度下降。总计28.12Gbit / s 的上行传输原始容量可以实现大于3.5 dB ONU发射功率动态范围，而总计23.43Gbit / s的上行传输原始容量则可以实现大于5.5 dB ONU发射功率动态范围[4]。

图4 正交频分复用数字滤波器多址无源光网络的实验装置
5、光通信系统
广东工业大学的Zhensen Gao等研究人员设计了一种高速安全光学通信的新型时间扩展逐符号光学相位加密方案。该方案采用了相位调制格式能克服比特率、码片速率和光学编码（OC）长度之间的相互约束关系。研究人员通过实验演示了码元重叠、光相位加密的记录型40Gb / s安全光通信系统，并采用硬件光学组件进行加密，实现了即插即用过程，实验装置如图5所示。研究表明，逐符号光学相位加密方案支持高比特率操作和先进光调制格式，可以提高代码灵活性和基数，在增强光纤通信系统的安全性方面显示出巨大的应用潜力[5]。

图5 新型时间扩展逐符号光学相位加密方案的实验装置

参考文献
[1] S. S. Aleshkina, D. S. Lipatov, V. V. Velmiskin, V. Temyanko and M. E. Likhachev, "Generation of Chirped Femtosecond Pulses Near 977 nm Using a Mode-Locked All-Fiber Laser," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 13, pp. 811-814, 1 July1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.2998902.
[2] J. P. Hedger, T. Elsmann, M. Becker, T. Tiess, A. N. Luiten and B. M. Sparkes, "High Performance Fiber-Fabry-Perot Resonator Targeting Quantum Optics Applications," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 14, pp. 879-882, 15 July15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3003015.
[3] J. Wang, Y. Huang, Y. Liu, H. Zhu, L. Xie and Q. Kan, "Low Harmonic Distortion DFB Laser for Broadband Analog Applications," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 14, pp. 887-890, 15 July15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3001988.
[4] W. Jin et al., "Experimental Demonstrations of Hybrid OFDM-Digital Filter Multiple Access PONs," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 13, pp. 751-754, 1 July1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.2995072.
[5] Z. Gao et al., "40Gb/s Secure Optical Communication Based on Symbol-by-Symbol Optical Phase Encryption," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 14, pp. 851-854, 15 July15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3000215.