2021年1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

3/12/2021，光纤在线讯     2021年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光子滤波器、超宽带光子交织器、多模光纤传输链路、激光器和调制器等，笔者将逐一评析。

1、光子滤波器

埃及艾因夏姆斯大学的Hussein E. Kotb等研究人员设计了采用微电子机械系统（MEMS）半导体光放大器（SOA）有源干涉仪的可调微波光子滤波器（MPF）。该MPF通过对SOA的自发输出过程进行切片处理，将输出再次反馈给SOA，利用SOA的增益饱和效应进行信号放大和自动光损耗均衡；其中，MPF的两种配置框图如图1所示。研究人员通过MEMS中静电梳状致动器驱动反射镜在241.6 MHz范围内微调MPF的中心频率，并使用SOA作为宽带源和饱和型光放大器，在3.3 GHz处对通带中心频率进行了实验调谐。结果表明，MPF调谐分辨率为6.04 MHz /μm，3 dB带宽平均值为141 MHz，通带微波功率衰减从11.58降低到了3.72 dB[1]。


图1 MPF两种配置框图

2、超宽带光子交织器

美国哥伦比亚大学的Anthony Rizzo等研究人员设计了能够在125 nm带宽上对频率梳状线实现交织和解交织的超宽带硅光子交织器。该交织器具有400GHz的自由光谱工作范围，可将具有200GHz信道间隔的光频率梳分为两个输出组，并将输出组的信道间隔设为400GHz，从而在1525nm到1650nm之间生成78路波分复用信道，其工作原理如图2所示。研究人员使用环形辅助非对称马赫曾德尔干涉仪来实现平顶通带响应过程，同时保持了尺寸紧凑的设备制备过程。研究表明，超宽带硅光子交织器可以支持扩展150nm以上的带宽，而性能几乎没有下降；在125nm范围内，最坏情况下的串扰抑制比为10dB，典型串扰抑制比约为15dB[2]。


图2 超宽带硅光子交织器工作原理

3、多模光纤传输链路

韩国科学技术院研究的Minsik Kim等研究人员在850 nm波段将发送器的HI-780尾纤与OM2型多模光纤（MMF）融合实现了模式场匹配中心发射（MCL）技术。HI-780尾纤与OM2型MMF多模光纤融合过程是：将电弧放电持续时间和光纤推挤距离设置为17s和19m，通过优化对接条件，最终实现了高于92％的耦合效率。研究人员通过使用MCL技术演示了在1km OM2型MMF上传输112Gb / s四电平脉冲幅度调制（PAM4）信号的过程，实验装置如图3所示。研究表明，在使用MCL技术时，MMF传输链路的频率响应特性与单模光纤（SMF）传输链路的频率响应特性类似，即使存在诸如光纤弯曲和振动之类的机械扰动，HI-780尾纤与OM2型MMF的融接接性能也非常稳定[3]。


图3 相关实验装置

4、激光器

法国里昂国立应用科学学院的C. Paranthoen等研究人员设计了基于InP上InAs量子点（QD）的垂直腔表面发射激光器（VCSEL）。该VCSEL在每个QD层内1011 cm-2极高密度和15nm的薄间隔层增强了QD模态增益，并支持在室温条件生成1550nm的连续波（CW）信号，其结构如图4所示。研究人员通过更加有效的键合过程实现了VCSEL更高的输出功率，并将其与电驱动激发过程相结合改进了热扩散效率工艺。研究表明，与传统的量子阱（QW）结构相比，该VCSEL的光泵浦阈值降低了6倍。QD-VCSEL具有恒定的偏振态，依据腔体长度的不同可实现输出功率为0.14mW，与因其小体积和低功耗可以将其集成到复杂光电路中并与之实现兼容[4]。


图4 VCSEL结构原理

5、调制器

瑞士联邦理工学院量子电子学研究所的David Pohl等研究人员设计了采用波导布拉格光栅（WBG）的薄膜铌酸锂集成电光调制器（EOM）。该电光调制器通过WBG滤光器特性抑制光学边带实现了固有单边带调制过程，因此无需色散补偿过程就可以实现在标准单模光纤上传输100 Gbit / s的开关键控（NRZ-OOK）信号。研究人员在强度调制直接检测系统中，采用2级、4级和8级脉冲幅度调制格式演示了100Gbit/s NRZ-OOK信号的收发及传输，实验装置如图5所示。研究表明，在工作波长为1555.87nm时，EOM的光学消光比值为53.8dB，NRZ-OOK信号传输后的误码率为1.3×10-5[5]。


图5 信号传输实验装置

参考文献
[1] H. E. Kotb, Y. M. Sabry, M. S. Abdallah and H. Omran, "MEMS-SOA Spectrum-Sliced Auto-Equalized Source Enabling Uniformly Tunable Microwave Photonic Filter," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 15-18, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3041439.

[2] A. Rizzo, Q. Cheng, S. Daudlin and K. Bergman, "Ultra-Broadband Interleaver for Extreme Wavelength Scaling in Silicon Photonic Links," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 55-58, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044262. 

[3] M. Kim, B. G. Kim, S. Bae and Y. C. Chung, "112-Gb/s PAM4 Transmission Over 1 km of MMF With Mode-Field Matched Center- Launching in 850-nm Band," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 1, pp. 23-26, 1 Jan.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3041718.

[4] C. Paranthoen et al., "Low Threshold 1550-nm Emitting QD Optically Pumped VCSEL," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 2, pp. 69-72, 15 Jan.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044457.

[5] D. Pohl et al., "100-GBd Waveguide Bragg Grating Modulator in Thin-Film Lithium Niobate," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 2, pp. 85-88, 15 Jan.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2020.3044648.