2022年12月PTL光通信论文评析

1/19/2023，光纤在线讯，光纤在线特约编辑，邵宇丰，王安蓉，李彦霖，李冲，陈鹏，左仁杰，刘栓凡，袁杰，柳海楠，杨林婕，陈超，胡文光，李文臣。

2022年12月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：多芯光纤串扰、太赫兹通信、光学成像、模式控制、自由空间光通信、宽带多层吸收等；笔者将逐一评析。

1、多芯光纤串扰
苏州大学的Lin Sun等研究人员设计了一种采用正交滤波技术来抑制多芯光纤（MCF）中芯间串扰（IC-XT）影响的方案，如图1所示。由于正交滤波器可以通过脉冲整形来缩减信号的频谱，因此适合于含带宽受限光电器件的MCF系统以期获得更高的频谱效率。该方案在没有实施多信道数字信号处理（DSP）的情况下抑制了弱耦合多芯光纤（WC-MCF）传输时的IC-XT影响，简化了信号收发端配置[1]。通过基于耦合的非线性薛定谔方程构建具体的传输模型，研究人员模拟了100 km MCF中d600 Gbps 64QAM信号的传输过程；结果表明：使用正交匹配滤波器将IC-XT抑制在-10 dB时能实现6 dB的Q因子改善。该方案的设计为今后消除多芯光纤芯间串扰影响提供了借鉴参考。



2、太赫兹通信
复旦大学的Bowen Zhu等研究人员设计光子辅助太赫兹无线通信信号恢复的新型MIMO线性和Volterra非线性均衡器（MIMOL-VNLE），如图2所示。研究结果表明，该均衡器支持同时补偿线性损伤、非线性损伤和I/Q混合负面效应；实验证明了在1米无线距离上440 GHz的20Gbaud 16QAM太赫兹信号在单信道传输后，可实现软判决纠错编解码（SD-FEC）开销25%时的误码率为4x10-2，与MIMO线性均衡器（MIMO-LE）和Volterra非线性均衡器（VNLE）相比，MIMOL-VNLE可以提升0.3 dB和0.5 dB的灵敏度 [2]。综上所述，在未来光子辅助太赫兹无线通信系统的应用中，线性均衡器和非线性均衡器的有效结合是提高高速信号收发及传输的有效方案。



3、光学成像
英国肯特大学的Alejandro Martínez Jiménez等研究人员设计了用于高速成像并采用了新型扫描方式的扫频源光学相干层析成像（SS-OCT）设备，如图3所示；其中，光源是支持超连续介质源和能生成泵浦飞秒脉冲的可调谐激光器，并使用了一段时延光纤。该设备还配置了KTa1−xNbx O3（KTN）晶体以支持100 kHz驱动的超高速横向扫描仪[3]工作。研究结果表明，该装置支持提供重复频率为40 MHz扫描和400Hz的3D-OCT体积采集速率，因其上述优越性能在生物医学和工业应用方面有较好的推广价值。



4、模式控制
中国科学院大学的Jian Fan等研究人员设计了一种由弧形谐振腔、法布里-珀罗腔和侧壁锯齿微结构形成的非稳腔工作模式，实现了980nm波长大功率广域半导体激光器的模式选择，如图4所示。对称纺锤形（3S）结构增大了低阶模和高阶模间的损耗，有利于抑制生成高阶模式激光[4]。研究表明，由于横向高阶模式数量的减少，3S激光器的横向远场发散度和横向光束质量分别提升了28%和15%，近场光斑高阶模式数量同时减少。研究人员还指明：上述装置还能进一步优化锯齿形结构和弧形结构参数，以改善光电流-电压（LIV）特性，从而获得更好的测量性能；上述结构不会增加额外成本，而且在未来激光器应用市场中上极具吸引力。



5、自由空间光通信
葡萄牙阿威罗大学电信研究所的B. T. Brandão等研究人员设计了支持自适应个人通信系统（PCS）调制和跨域熵加载的混合自由空间光通信-毫米波（FSO-mm Wave）传输系统，如图5所示。研究人员采用上述系统稳定传输了高速信号，并动态平衡了FSO和mm Wave传输链路间的比特率，以提升通信可靠性。研究人员成功实现了200Gbps速率信号的传输；其中毫米波链路对湍流引起的FSO链路传输速率降低提供了30Gbps的有效补偿，从而有效弱化了FSO链路中0.9 dB的信噪比变化，与仅通过FSO链路传输相比，经过40次离线测量迭代验证其累积容量增益超过150Gbps[5]。上述实验结果展示了在采用先进调制技术时如何将传统毫米波收发与无线光传输技术实现共生融合，以提高其在轻度湍流存在的实际信道中的应用可靠性。



6、宽带多层吸收
哈尔滨工业大学的Yulin Zhao等研究人员提出了一种采用多目标遗传算法（MOGA）的宽带多层吸收体综合方法，并利用上述方法设计了宽频带、广角度的吸收器，如图6所示。他们利用有效介质理论将非均匀介质等效为均匀介质，从而计算多层非均匀介质吸收器的吸收带宽，并引入MOGA对其中几何参数进行了优化。研究结果表明，与现有的双层周期阶梯和金字塔吸收两种设计方案相比，采用上述方案设计形成的结构总厚度减小了10.8 %和9.1 %[6]。此外，采用该方案设计的宽带广角吸收器，其吸收带宽达到90 %（覆盖2~18 GHz），总厚度仅为0.133波长。因此，上述方案在有效设计适用于电磁兼容性和隐身技术的宽带多层吸收体领域具有潜在的应用价值。



参考文献
Sun L, Liu G N, Cai Y, et al. Mitigating the inter-core crosstalk of multicore fiber transmission by orthogonal filtering[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(24): 1373-1376.
Zhu B, Wang Y, Kong M, et al. Photonics-Aided Terahertz-Wave Wireless Communication Employing Advanced Post-Equalizer[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2022, 34(23): 1269-1272.
A. Martínez Jiménez, S. Grelet, V. Tsatourian, P. B. Montague, A. Bradu and A. Podoleanu,"400 Hz Volume Rate Swept-Source Optical Coherence Tomography at 1060 nm Using a KTN Deflector," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 23, pp. 1277-1280, 1 Dec.1, 2022, doi:10.1109/LPT.2022.3212015.
J. Fan et al., "A Composite Cavity for Mode Control in Broad-Area Diode Laser," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 24, pp. 1353-1356, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3215634.
B. T. Brandão, M. A. Fernandes, P. A. Loureiro, F. P. Guiomar and P. P. Monteiro, "Cooperative FSO and mmWave System for Reliable 200G Wireless Transmission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 24, pp. 1333-1336, 15 Dec.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3213985.
Y. Zhao, Q. Wang, J. Fu, Q. Zhang, H. Feng and Q. Wu, "New Synthesis Method for Broadband Multilayer Absorber Using Multi-Objective Genetic Algorithm," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 23, pp. 1265-1268, 1 Dec.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3211001.