2021年7月PTL光通信论文评析

光纤在线特约编辑：邵宇丰，王安蓉，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨骐铭，于妮
8/25/2021，光纤在线讯，2021年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纤射频传输系统、片上硅偏振器、发光二极管、随机数发生器和光纤通信系统等，笔者将逐一评析。

1、光纤射频传输系统
上海交通大学的Qi Li等研究人员使用双向频分复用（FDM）传播技术设计了一种新型光纤射频（RF）传输方案。该方案在两个传输方向上通过合理分配射频信号频率，有效抑制了后向散射噪声的负面影响，解决了系统受最低性能限制的缺；并通过同一根光纤传输双向光信号保证了在一个电信级信道内双向传播信号的对称性，原理如图1所示。研究人员通过在120公里单模光纤（SMF）中传输0.9GHz射频信号进行了实验验证。结果表明，0.9GHz信号稳定传输到远程站点后相对频率稳定性在1秒时约为2.2×10-14，在20,000秒时约为4.62×10-17。该方案支持在远程站点实现相位噪声补偿，并且能够在分支光纤网络上支持射频信号传输[1]。



2、片上硅偏振器
浙江大学的Hongnan Xu等研究人员采用偏振选择角镜制备了一种具有高性能和高容错率的新型片上硅偏振器。该器件利用波导角镜的偏振选择性支持在每个角镜中实现完全反射入射光的TE模式，并能有效滤除入射光中的 TM 模式，其三维结构如图2所示。研究人员将全内反射（TIR）效应与绝缘体上硅（SOI）波导本征强双折射相结合，设计了一种新颖的偏振处理方案，相比较传统片上偏振器而言获得了更优的最小特征尺寸和制造公差。研究表明，该片上硅偏振器具有ΔWwg=±50 nm 的宽度误差容限值，有效面积约为80 μm，过量损耗（EL）小于1.2dB，消光比（ER）大于20dB，带宽（BW）大于200 nm[2]。



3、发光二极管
华南理工大学的Zongtao Li等研究人员了设计了一种离心封装 (CP) 结构，用于提升发光二极管（LED）的光学效率和散热性能。该结构采用SBA-15 颗粒设计以促进量子点（QD）的沉降和分散，并将SBA-QD粒子配置在靠近器件底部的位置，通过QD颗粒与尺寸较大（20-300μm）的SBA复合以实现沉降，CP结构LED的制备原理如图3所示。研究人员在不同电流下对一组CP结构LED器件进行了热模拟研究，验证了CP结构LED 光学效率和散热性能的提升。研究表明，与均匀分布（UD）结构LED相比较，CP结构LED的辐射功率和光通量分别提升了9.1%和10.4%，最高工作温度也降低了22.4%，并且CP结构LED器件的表面温度在100mA工作电流下从41.8℃降低到了34.4℃[3]。



4、随机数发生器
上海交通大学的Guangshuo Cao等研究人员采用掺铒光纤放大器（EDFA）设计了一种16.8 Tb/s放大自发辐射（ASE）真随机数发生器（TRNG）。该TRNG采用阵列波导光栅（AWG）将ASE光谱分成42个平行通道，并使用偏振分束器（PBS）将ASE拆分为两个正交偏振组件，以增强和保证ASE的真实随机性，结构原理如图4所示。研究人员在两个正交极化分量上通过数字信号处理（DSP）过程将ASE信号从Gamma分布转变为均匀分布，并通过高采样率和多位二进制提取实现了随机性增强和随机数生成速率（RNGR）提升。研究表明，该TRNG单通道RNGR为400Gb/s，全ASE光谱RNGR为16.8Tb/s，并且TRNG生成序列的随机性通过了美国国家标准与技术研究院 (NIST) 测试[4]。



5、光纤通信系统
美国堪萨斯大学的Rongqing Hui等研究人员针对光纤通信系统中设计了一种评估光载波内光信噪比（OSNR）的方案；该方案采用含数字信号处理（DSP）过程的商用相干光收发器，并通过数字偏振解复用和偏振归零过程提取了光信号中的噪声，并测量了带内放大器自发辐射（ASE）噪声频谱的斜率。研究人员利用一个含线性噪声负载的光纤通信系统对该方案进行了实验验证，测量了发射器和接收器中的噪声并验证了将噪声分析从 OSNR 评估中去除的过程，实验装置如图5所示。研究表明，该方案支持测量光噪声频谱形态，并可评估光信号带内噪声的频谱斜率[5]。



参考文献
[1] Q. Li, L. Hu, J. Zhang, J. Chen and G. Wu, "Fiber Radio Frequency Transfer Using Bidirectional Frequency Division Multiplexing Dissemination," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 13, pp. 660-663, 1 July1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3086299.
[2] H. Xu, D. Dai and Y. Shi, "Fabrication-Friendly On-Chip Silicon Polarizer Based on Polarization-Selective Corner Mirrors," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 13, pp. 652-655, 1 July1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3085834.
[3] Z. Li, J. Zheng, J. Li, W. Zhan and Y. Chen, "Enhanced Optical and Thermal Performance of QD White LEDs Using a Centrifugation Packaging Structure," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 727-730, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3090058.
[4] G. Cao, L. Zhang, X. Huang, W. Hu and X. Yang, "16.8 Tb/s True Random Number Generator Based on Amplified Spontaneous Emission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 699-702, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3088156.
[5] R. Hui, C. Laperle, D. Charlton and M. O’Sullivan, "Estimating System OSNR With a Digital Coherent Transceiver," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 14, pp. 743-746, 15 July15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3091390.