2023年7月PTL光通信論文評析

8/28/2023，光纖在線訊，光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，陳鵬，李彥霖，李沖，左仁杰，劉栓凡，袁杰，胡文光，陳超，李文臣，楊林婕，柳海楠，2023年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：微波光子測量、自由空間光通信、芯間串擾、光載太赫茲傳輸、激光雷達等，筆者將逐一評析。

1、微波光子測量
美國馬里蘭大學的Charles J等研究人員對單通道微波光子輻射計的非線性功率響應進行了分析和測量，如圖1所示；其中，研究人員以極窄的光譜分辨率處理大帶寬的輻射數據；考慮到信號處理帶寬有較大的動態工作變化范圍，研究人員采用了外差式光子輻射計，并利用微波熱噪聲源進行測試[1]。研究結果表明，對比連續波信號，熱噪聲信號的1dB輸出功率壓縮點值大約是平均射頻輸入功率值的一半。上述研究結果為未來研制滿足特定噪聲系數和動態范圍需求的微波光子輻射計提供了借鑒參考。



浙江大學的Qingshui Guo 等研究人員設計了采用光學倍頻和相干接收基帶線性調頻（LFM）脈沖的微波光子雷達；該裝置具有抑制干擾的高分辨率探測能力，如圖2所示。在發射機中，研究人員采用雙臂馬赫-曾德爾調制器（DPMZM）實現了基帶信號的四倍頻過程；在接收機中，研究人員采用光學相干探測模式實現了高靈敏度信號的有效接收[2]。研究結果表明，應用該裝置可有效削弱倍頻信號的雜散頻率成分，而且支持實現高倍頻因子的工作機制。研究人員對中心頻率22GHz、帶寬8GHz、脈寬5μs的雷達系統進行了目標檢測驗證，實現了2.0cm距離分辨率和40.4dB的圖像抑制比。因此，上述方案對未來研制具備大倍頻因子、高干擾抑制比和高分辨率探測靈敏度的微波光子雷達提供了參考思路。



2、自由空間光通信
中國科學院的Fan Zou等研究人員設計了含19子孔徑通道（等效孔徑為152mm）的相位光纖激光陣列（PFLA），并實現了大氣湍流補償和光學相干通信方案，如圖3所示。研究結果表明，如對每個子孔徑上的開關和傾斜相位進行多維控制，可實現全光纖結構中接收光束的同相調整和自適應光纖耦合過程，與開環技術相比平均接收功率增加了約12倍，由大氣湍流引起的閃爍指數從0.275降低到0.041[3]。綜上所述，改方案顯示了相位光纖激光陣列的實用性和自適應光學適配性，有望未來在城市自由空間光通信系統中應用。



3、芯間串擾
葡萄牙里斯木大學的Tiago M等研究人員數值模擬研究了信號與芯間串擾（ICXT）之間的偏振失準過程對直接檢測（DD）弱耦合多芯光纖（WC-MCF）通信系統性能的影響，如圖4所示 [4]。研究結果表明：當信號場極化與ICXT極化分量一致時，誤碼率（BER）值并不一定最優，隨著時間推移，誤碼率值有可能會進一步劣化；在相同的中斷概率時，與信號和ICXT場獨立極化情況相比，較高的誤碼率值會導致ICXT水平需求增加1~2 dB。因此，上述方案更適用于可能包含任意偏振與ICXT場之間偏移（兩芯之間的相對傳播時間延遲）的直接檢測開關鍵控WC-MCF短距離光通信系統。



復旦大學的Junting Shi等研究人員設計了通過46Gbaud正交相移鍵控（QPSK）信號生成4096進制正交幅度調制（QAM）正交頻分復用（OFDM）信號光載太赫茲（THz）輸入多輸出（MIMO）傳輸方案，如圖5所示；并應用了偏振復用（PDM）和1位增量總和調制 （DSM）量化技術 [5]。研究結果表明，該方案支持在20km標準單模光纖（SSMF）和3m MIMO無線鏈路上傳輸4.6Ghz的4096-QAM-OFDM信號；接收的信號在15%開銷下滿足軟判決前向糾錯（SD-FEC）閾值1.0×10-2（相當于光載太赫茲傳輸信號的凈速率為84.4 Gbps，低于EVM閾值的1.29%）。因此，上述方案為未來光纖無線通信網絡收發和傳輸高階調制信號提供了借鑒參考。



5、激光雷達
      德國帕德博恩大學的Stephan Kruse等研究人員設計了利用多輸出量子脈沖門（mQPG）的光探測與測距（lidar）系統，并研究了量子不確定性限制的距離分辨率。研究人員提出的mQPG增強型lidar系統能突破理論瑞利范圍分辨率限制和基于經典脈沖lidar的單探測Cramér-Rao界限（CRB）。他們研究了在非線性光波導中門控脈沖在mQPG內與回波lidar脈沖的相互作用過程（mQPG的離散光譜通道強度包含目標距離信息）。研究人員在周期性極化（PP）鈦擴散鈮酸鋰波導中制備了mQPG，并在實驗室環境中搭建了測試系統，如圖6所示[6]。研究結果表明，在1.56ps時600μm和1100μm的脈沖長度實驗值與理論值一致。綜上所述，上述可以可以為光子雷達系統的設計提供借鑒參考。



參考文獻
[1]C. J. Turner, A. I. Harris, T. E. Murphy and M. Stephen, "Nonlinear Power Response in Heterodyne Photonic Radiometers for Microwave Remote Sensing," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 701-704, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3273412.
[2]Q. Guo, K. Yin, T. Chai, X. Ying and C. Ji, "Photonics-Based Broadband Radar With Coherent Receiving for High-Resolution Detection," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 745-748, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3275958.
[3]F. Zou et al., "Turbulence Compensation for Receiving and Coherent Combining via Phased Fiber Laser Array," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 733-736, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3245841.
[4]T. M. F. Alves and A. V. T. Cartaxo, "Polarization Misalignment Between Signal and Crosstalk in Direct Detection WC-MCF Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 753-756, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3276215.
[5]J. Shi et al., "4096-QAM OFDM THz-Over-Fiber MIMO Transmission Using Delta-Sigma Modulation," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 13, pp. 741-744, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3271907. 
[6]S. Kruse et al., "A Pulsed Lidar System With Ultimate Quantum Range Accuracy," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 35, no. 14, pp. 769-772, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/LPT.2023.3277515.