2025年1月PTL光通信论文评析

3/25/2025，光纤在线讯，光纤在线特约编辑：邵宇丰，王安蓉，张颜鹭，张旭，许占夺，向泓劲，匡富豪，贾岚斯，隆茜，崔梦琦。

        2025年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：交叉半监督学习、噪声追溯、调制器、曲率传感器、光信号接收器、光纤传感器等，笔者将逐一评析。

1、交叉半监督学习
        天津大学电气与信息工程学院的Ming Zeng等研究人员设计了一种应用低选择性标记样本基于交叉半监督学习（CSSL）的纳米光子结构散射预测方案[1]，如图1所示。实现步骤如下，首先随机生成33000个不同形状的硅纳米结构样本库，将其按照7:1:1比例划分为训练集（27,000）、验证集（3,000）和测试集（3,000），然后采用自监督网络对训练集纳米结构图像进行特征压缩，并使用K-means聚类算法将训练样本划分为多类别，并以最近10个样本特征距离均值作为代表性指标；再选择每个类别中最具有代表性的样本作为标记样本。研究结果表明，此方案在仅使用1/3模拟数据标记的情况下，预测精度（98.7%）与采用全标注数据的传统方法（99.2%）具有统计等效性（p>0.05）。综上所述，该方案降低了深度学习的标记成本，为纳米光子学领域有效利用有限数据资源提供了有益借鉴。



2、噪声追溯
        加拿大渥太华研究中心的Choloong Hahn等研究人员设计了分析接收端噪声来追溯光传输系统中分布式链路中噪声的方案[2]，且无需在传输信道中使用监测设备，如图2所示。具体而言，他们首先利用接收端信号作为参考波形，生成包含噪声和信号非线性失真的模型；再将此模型与接收到的非线性失真进行相关分析，以测算收发功率的变化情况。通过对比收发总功率及局部信号功率变化，可以进一步计算出噪声功率，并估算广义光信噪比（gOSNR）值。研究结果表明：该方案能够有效监测光传输系统中的本地噪声和gOSNR，在光信号收发质量监控领域有广泛的应用前景。而且，该方法未来有望在不同类型的光传输系统中体现潜在应用价值，且可能在复杂光通信系统的解耦过程中发挥出重要作用。



3、调制器
        青岛科技大学的Chun Qi等研究人员设计了一种利用硅碲化物（SiTe2）被动式Q开关（PQS）的双波长铥掺杂钪酸钆（Tm:GdScO3）激光器[3]，如图3所示。该器件包含一个凹面镜和一个平面镜，其中的e2SA用作脉冲调制器被置在晶体和输出耦合器之间。研究人员通过液相剥离法合成了SiTe2可饱和吸收体，并采用Czochralski法生成增益介质Tm:GdScO3晶体。他们对连续波（CW）激光的运行特性进行了实验研究：将工作腔长调整为20mm，并插入了SiTe2可饱和吸收体（SA），成功实现了被动Q开关（PQS）激光器的稳定运行。研究结果表明：该激光器在1982.3nm和1995.4nm波长工作时的平均最大平均输出功率为622mW，脉冲宽度为317ns，重复率为49.73kHz。综上所述，SiTe2作为一种可饱和吸收体具有良好的光学调制性能，为业界今后研制2μm双波长同步脉冲激光器件提供了有价值的参考借鉴。



4、曲率传感器
        枣庄大学光电工程学院的Tongqun Zhang等研究人员设计了一种高灵敏度法布里-珀罗干涉仪（FPI）曲率传感器[4]，该器件采用微波光子滤波（MPF）技术制备，如图4所示。具体制备步骤是：研究人员首先通过环形器将增益自发辐射（ASE）光发送至FPI，其反射光被分成两路（90%发送至电光调制器（EOM），10%用于光谱分析仪（OSA）监测）；将调制后的光信号经过色散补偿模块（DCM）和掺铒光纤放大器（EDFA）补偿劣化后，通过光电探测器（PD）将光信号转换为电信号，并采用矢量网络分析仪（VNA）记录测试参数以获得曲率传感器的频率响应。研究结果表明：在3.3065~9.0552m-1的曲率范围内，工作波长位移灵敏度为19.5pm/m-1，分辨率为1.026m-1；而且中心频率随曲率增加表现出线性偏移，此时位移灵敏度为0.86 MHz/m-1，分辨率为1.16×10-3m-1，远大于跟踪波长偏移所获得的分辨率。综上所述，该器件具有高分辨率、温度不敏感和易于集成配置的优点，未来在光学测量、光纤传感器和光通信等领域具有潜在的应用价值。



5、光信号接收器
        日本国家信息和通信技术研究所的Shohei Kosuga等研究人员设计了一种面向强度调制和直接检测（IM-DD）系统的高速光信号接收器[5]；该器件集成高频集成倒装芯片（FC）制备，如图5所示。研究人员将100Gbaud电感负载光电二极管（PD）和跨阻放大器（TIA）安装在FC上，并通过子载波上形成的射频电路连接电信号。实验过程中，该器件接收了经20公里标准单模光纤（SSMF）传输的226.875 Gbit/s信号，且在信号经过背靠背（B-to-B）和20公里SSMF传输后实现了最小接收机灵敏度低于-6.7 dBm。研究结果表明：该器件的3dB带宽大于55GHz，且光-电（O/E）响应波动较小；基于射频（RF）线路传输测试证明最小接收器灵敏度为-6.9dBm，与使用传统的引线键合型光信号接收器相比，传输链路预算增加了3.7dB。综上所述，该器件因为一定程度上解决了传统光信号接收器的高频工作带宽提升和光电响应波动问题，因此为下一代高速光通信系统中接收机的制备提供了参考借鉴。



6、光纤传感器
        哈尔滨工程大学教育部光纤集成光学重点实验室的Chong Niu等研究人员设计了一种高精度矢量光纤传感器[6]，并采用机器学习算法辅助精度测量，如图6所示。研究人员首先通过Residual 多层感知器模型（REMLP）来训练传感器的工作频谱，以准确预测曲率的大小和方向；他们将光纤固定在两个旋转夹具上，一端连接超连续光源（SCL），另一端连接光谱分析仪（OSA）以便监测光谱变化。为了确保光纤每次在初始位置都受到相同预应力，他们在光纤传感器上悬挂了一个砝码，其曲率的变化由步进电机的凹陷程度决定（每步为200μm）。研究结果表明：弯曲方向测量的平均绝对误差（MAE）为99.93%，曲率测量平均绝对误差（MAE）为98.92%。综上所述，该类高精度紧凑型矢量弯曲传感器未来有望在医疗仪器、航空航天设备和工业机器人许多领域体现潜在应用价值。



参考文献
[1]M. Zeng, F. Zhao, X. Wang, S. Zhong and L. Mao, "Optical Prediction Based on Less Selectively-Labeled Samples and Cross-Semi-Supervised Learning," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 2, pp. 61-64, 15 Jan.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3511271.
[2]C. Hahn, J. Chang and Z. Jiang, "Trace Back Method of the Distributed Noise in Optical Transmission Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 2, pp. 81-84, 15 Jan.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3512184.
[3]C. Qi et al., "The Passively Synchronized Dual-Wavelength Q-Switched Tm: GdScO? Laser Based on SiTe?," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 1, pp. 9-12, 1 Jan.1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3472702.
[4]T. Zhang et al., "Fabry-Perot Interferometer Curvature Sensor Based on Microwave Photonic Filter Technique," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 1, pp. 21-24, 1 Jan.1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3504850.
[5]S. Kosuga et al., "A 226.875-Gbit/s/λ Optical Receiver Based on a High-Frequency Integration by Flip-Chip Mounting," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 1, pp. 57-60, 1 Jan.1, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3508539.
[6]C. Niu et al., "Machine Learning Assisted High Precision Vector Bending Sensor Based on Remodulate LPFG," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 37, no. 2, pp. 113-116, 15 Jan.15, 2025, doi: 10.1109/LPT.2024.3516133.