2020年11月PTL光通信论文评析

特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，胡钦政，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨琪铭，于妮
12/22/2020，光纤在线讯，2020年11月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光载无线通信系统、无源光子器件、光电探测器、波分复用传输系统和光纤激光器等，笔者将逐一评析。

1、  光载无线通信系统

    澳大利亚皇家墨尔本理工大学的Ke Wang等研究人员设计了一种当用户准静态时实现零功耗的被动高速室内光载无线通信系统。该系统支持同时产生多信号束，可同时为不同位置的用户提供接入服务。研究人员设计了准无源光束开关，无需施加连续电压维持稳态操作，并在室内以10Gb/s的速率进行了数据传输，实验装置如图1所示。研究表明，与传统消耗连续功率的室内光载无线通信系统相比，该系统在用户静止或准静态时无功率损失，降低了系统总功耗；并且与常规模拟系统相比，该系统的接收机灵敏度功率损失可以忽略不计[1]。


图1 光载无线通信系统实验装置

2、  无源光子器件
  
      加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的Alok Das等研究人员结合SiPh和InP技术设计了一种基于半导体光放大器（SOA）的分布式增益无损混合开关。该开关利用放大自发射（ASE）噪声补偿SiPh开关损耗实现SOA增益，并使用带通光学滤波器来降低ASE噪声，能够在大型开关矩阵以近零损耗和低串扰状态传输数据，原理如图2所示。研究表明，开关中SOA具有25dB增益和7dB噪声系数，支持传输光信噪比（OSNR）较大的光信号，有效载荷传输时误码率小于10-10。研究人员测得8×8 SiPh-InP混合开关的插入损耗（IL）值小于3.13 dB，串扰值约为20.5 dB[2]。



图2 SiPh-InP混合开关原理

3、  光电探测器[/b]

印度理工学院的Jitesh Agrawal等研究人员基于ZnO纳米结构设计了一种具有高光响应性的高可见盲紫外光电探测器。该探测器在ZnO纳米结构薄膜上沉积了两个沟道长度为50μm的银电极，设计方案如图3所示。研究人员将表面活性剂添加到ZnO纳米柱（NC）溶液中以获得大表面积和高电荷输送效率，并采用KMnO4减少与氧空位有关的缺陷状态抑制可见光区域的光响应，实现了紫外线与可见光排斥比的提升。研究表明，紫外线与可见光排斥比最高可达4.78105，在350nm入射光辐射下，纳米棒周围的纳米板生长实现了2050的大光电导增益和2.05×105％的外部量子效率[3]。



图3 光电探测器设计方案

4、  波分复用传输系统

加拿大英属哥伦比亚大学的Abdelkerim Amari等研究人员设计了用于波分复用（WDM）传输系统的短块长度概率枚举球整形（ESS）非线性补偿方案，利用短块长度ESS提供的非线性公差增益实现了非线性补偿过程。研究人员在密集WDM传输系统中比较了ESS和数字反向传播（DBP）在每个跨距不同步长情况下光纤非线性补偿的过程，并对复杂性进行了评估，系统结构框图如图4所示。研究表明，对于密集WDM传输系统，ESS在不同步长情况下皆优于DBP方案，且在有限长度比特度量解码率上优于DBP采用均匀信令处理的性能；在非线性容限方面，ESS有系统效信噪比（SNR）高且在算法复杂度的应用优势[4]。



图4密集WDM传输系统

5、  光纤激光器

英国南安普敦大学的Siyi Wang等研究人员设计了一种全纤维化双掺杂石英光纤激光器(BDFL)；该激光器在环形腔内采用可调机械光纤布拉格光栅（FBG）实现了从1320到1370nm的50nm波长调谐范围和35％的斜率效率，支持提供172mW的连续光波输出功率。研究人员采用激光二极管、波分复用器、可调谐光纤光栅以及环形器等构建了环形结构腔BDFL，结构如图5所示。研究表明，BDFL的信噪比和线宽分别为50dB和0.04nm，在1330-1340nm处最大输出功率为165mW；在50nm调谐范围内，激光器可保持100mW以上的输出功率和25％以上的斜率效率；在1330-1340nm波长范围内，激光器可实现165mW的最大输出功率[5]。



图5 光纤激光器结构

参考文献

[1] K. Wang, "Quasi-Passive Indoor Optical Wireless Communication Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 21, pp. 1373-1376, 1 Nov.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3026343.

[2] A. Das, H. R. Mojaver, G. Zhang and O. Liboiron-Ladouceur, "Scalable SiPh-InP Hybrid Switch Based on Low-Loss Building Blocks for Lossless Operation," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 21, pp. 1401-1404, 1 Nov.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3026998. 

[3] J. Agrawal, T. Dixit, I. A. Palani and V. Singh, "Highly Visible-Blind ZnO Photodetector by Customizing Nanostructures With Controlled Defects," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 22, pp. 1439-1442, 15 Nov.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3031732.

[4] A. Amari, L. Lampe, S. K. O. Soman, Y. C. Gültekin and A. Alvarado, "Comparison of Short Blocklength Sphere Shaping and Nonlinearity Compensation in WDM Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 22, pp. 1435-1438, 15 Nov.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3030696.

[5] S. Wang, Y. Wang, N. K. Thipparapu, M. Ibsen, D. J. Richardson and J. K. Sahu, "Tunable CW Bi-Doped Fiber Laser System From 1320 to 1370 nm Using a Fiber Bragg Grating," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 22, pp. 1443-1446, 15 Nov.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3029867.