2021年8月PTL光通信论文评析

9/28/2021，光纤在线讯，光纤在线特邀编辑：邵宇丰，王安蓉，王壮，杨杰，伊林芳，田青，杨骐铭，于妮

    2021年8月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光纤监控系统、数据中心网络系统、光电振荡器、发光二极管和光电探测器等，笔者将逐一评析。

1、光纤监控系统
        韩国电信公司的Myeonggyun Kye等研究人员采用配备光学旋转开关的多通道分布式声学传感（DAS）设计了一种光纤监控系统。该系统采用单脉冲发生器和光接收器通过切换询问器和多根被测光纤之间的连接来采集振动信号样本，并通过两阶段监测过程来确定采集到的振动样本是否对光纤路线存在威胁，系统装置如图1所示。研究人员采用一维卷积神经网络对振动信号实施第一次监测，并采用二维卷积神经网络对一阶段判断为威胁的振动信号再次监测。研究表明，该系统通过两阶段监测过程可以有效减少多根光纤传输信号的质量分析时间，其中一维监测过程的准确率为94.5%，二维监测过程的准确率为98.2%[1]。



2、数据中心网络系统
        荷兰埃因霍芬理工大学的Shaojuan Zhang等研究人员采用无源衍射光栅和快速可调谐收发器设计了一种新型可扩展和快速切换的光无线数据中心网络（DCN）系统。该DCN划分为N个集群，每个集群包含N个机架，每个机架中的服务器通过架顶式交换机互连可实现最多两跳通信，结构原理如图2所示。研究人员采用不同调制格式（NRZ-OOK 和 PAM4）的信号实验评估了不同架构DCN的操作、传输性能和可扩展性，并验证了光谱带宽为1nm 的32×32架构DCN可行性。研究表明，8×8架构的DCN应用20Gbit/s OOK信号无误差传输时功率损失仅比背对背情况传输多1dB；16×16架构DCN进行16Gbit/s PAM4信号无误差传输时误码率低于2×10−3[2]。



3、光电振荡器
        中国科学院半导体研究所的Yaobin Li等研究人员采用集成双向耦合（IMC） 分布式反馈（DFB）激光器制备了一种可调谐宽带光电振荡器（OEO）。该OEO由光反馈回路（O-Loop）和光电反馈回路（OE-Loop）组成，通过在O-Loop和OE-Loop中使用不同长度的延迟光纤提高了生成射频信号的边模抑制比（SMSR），结构原理如图3所示。研究人员采用IMC-DFB简化了OEO结构，并通过光学环路结构降低了激光器线宽要求，提高了OE-Loop中光源的质量。研究表明，通过使用IMC-DFB，该OEO实现了微波信号在24.9GHz到46.5GHz范围内调谐；在偏离24.9GHz载波10kHz时，该微波信号承载了低至为-117.61dBc/Hz的单边带（SSB）相位噪声[3]。



4、发光二极管
        台湾国立交通大学的Chung-Ping Huang等研究人员设计了一种具有侧泵浦结构的量子点（QD）发光二极管（LED），支持高效散热以降低器件的工作温度。该器件采用QD复合材料散布在LED芯片旁制备，通过上述处理可以极大改变LED封装效率和热分布，结构原理如图4所示。研究人员通过倒装LED芯片横向反射额外光，从LED芯片侧壁发射的蓝色光子进行激发，并在设备顶部放置扩散板或滤色器以滤除蓝色光子，从而获得更加均匀的QD颜色。研究表明，侧泵浦封装LED可以减少量子点的使用，并且颜色转换效率高达83%。在35mA的工作电流下，侧泵封装LED能够实现高效散热过程，其片内区域温度从32.1°C降低到28.9°C[4]。



5、光电探测器
        比利时微电子研究中心的Sarvagya Dwivedi等研究人员在C波段制备了一种光辅助隧穿探测器（PATD），用于校准光子集成电路（PIC）和监测功率。该PATD由在2μm埋氧（BOX)）上浅刻蚀195 nm绝缘体硅（SOI）波导制成，其中强电场增强了亚带隙入射光的光子辅助隧穿电流形成，截面如图5所示。为确保硅和金属电极之间低接触电阻率，研究人员在距边缘两侧约1.5μm的区域中分别掺杂了浓度为1020cm-3的P型或N型掺杂剂，并且实现了光学模式的低金属吸收过程。研究表明，在5.7 V反向偏压（雪崩条件）下，该PATD具有12A/W的高响应率和1μA的暗电流[5]。



参考文献
[1] M. Kye, S. -M. Lee, K. -M. Choi, Y. Lee and K. -Y. Park, "A Surveillance System of Fiber-Optic Cables With Multi-Channel DAS and CNN," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 15, pp. 753-756, 1 Aug.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3091145 .
[2] S. Zhang et al., "Feasibility Study of Optical Wireless Technology in Data Center Network," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 15, pp. 773-776, 1 Aug.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3095163.
[3] Y. Li et al., "Tunable Broadband Optoelectronic Oscillator Based on Integrated Mutually Coupled Distributed Feedback Lasers," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 15, pp. 769-772, 1 Aug.1, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3090680.
[4] C. -P. Huang et al., "A Side-Pumping Package Design for Hybrid-Quantum-Dot Light Emitting Diodes," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 16, pp. 804-807, 15 Aug.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3065841.
[5] S. Dwivedi et al., "All-Silicon Photodetectors for Photonic Integrated Circuit Calibration," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 33, no. 16, pp. 836-839, 15 Aug.15, 2021, doi: 10.1109/LPT.2021.3065222.