2023年7月JLT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，袁杰，劉栓凡，左仁杰，李彥霖，陳鵬，李沖，李文臣，陳超，柳海楠 楊林婕，胡文光，2023年7月出版的JLT主要刊登了以下一些方向的文章，包括：開關濾波器，光波導傳感器，光頻率梳，無源光網絡，激光器等；筆者將逐一評析。

1.開關濾波器
加拿大女王大學的A. Jain等研究人員在含收發器噪聲的雙偏振64進制正交振幅調制（DP-64QAM）系統中，研究了級聯波長選擇性開關（WSS）濾波器導致帶寬變窄的影響，圖1為實驗裝置。他們應用了含訓練序列（TS）的自適應均衡（AE）和導頻輔助載波相位估計（PA-CPE）技術，分析了信噪比限制和濾波引起的信號失真[1]。研究結果表明：當收發器累積噪聲導致信噪比降低及需要增加WSS濾波器時，廣義互信息（GMI）值將降低；當帶寬值大于38.5GHz時，中心頻率偏移（CFO）對GMI的影響可以忽略不計；當帶寬值小于38 GHz時，GMI對CFO影響更敏感。當帶寬大于37.5GHz和傳輸函數帶寬（BWOTF）小于12GHz時，GMI的表現更穩定；當帶寬小于37 GHz且BWOTF大于12GHz時，會導致GMI快速退化，這是由于帶寬變窄引起的失真；在密集波分復用（DWDM）系統中使用高階平頂濾波器將緩解因帶寬變窄而導致的收發性能劣化。綜上所述，上述方案對級聯WSS濾波器在現代光網絡中的應用有一定的參考意義。



2.光波導傳感器
昆明理工大學的Jiahong Zhang等研究人員設計了兩種采用非對稱馬赫-曾德爾干涉儀（AMZI）、分段電極和錐形天線的LiNbO3（LN）光波導（OWG）電場傳感器，用于測量電磁發射（EME）的動態范圍和帶寬，測量裝置如圖2所示。他們分別設計了含錐形天線和兩個平行電極和含水平偶極天線與分段電極的兩種傳感器，并對EME脈沖波形進行了測量研究[2]，研究結果表明：該傳感器與測量儀器結合可在時域內測量雷電電磁脈沖（LEMP）和納秒電磁脈沖（EMP）波形，還可測量20 V/m至10 kV/m左右的脈沖電場；當信噪比為3 dB時，可以測量低至52.5 mV/m和0.3 mV/m的連續波電場，且傳感器具有從100 kHz到10 GHz以上的寬頻響應。研究人員還對炸藥爆炸后的EME進行了測量，結果表明該傳感器可在更大帶寬和動態范圍內測量電磁干擾影響。因此，該傳感器在瞬態電磁脈沖檢測領域中有一定的應用前景。



3.光頻率梳
愛爾蘭都柏林城市大學的E.P.Martin等研究人員利用兩個增益開關光頻梳（OFCs）進行了雙梳氣相光譜的測量，實驗裝置如圖3所示。研究人員對半導體可調諧激光器（TL）（波長為1549.901nm）的外部光注入鎖定相位和自由頻譜范圍（FSR）進行了分析，并從射頻（RF）拍頻峰值功率和頻率穩定性兩方面來表征RF拍頻頻譜 [3]。研究結果表明：OFCs中每根梳線最大波長的波動量均為2.5pm，41個采樣點的射頻梳頻率穩定在1KHz之內，峰值功率均小于0.3dB。研究人員在661cm單通道氣體池中通過對硫化氫（H2S）檢測，證明雙梳狀系統的檢測靈敏度值為740±160ppmv。綜上所述，上述方案在無需自動反饋控制和手動調整的情況下保證了系統穩定性。



中山大學的J. Pan等研究人員研制了一種基于硫族芯片的新型激光光譜頻率梳，如圖4所示。他們設計的雙梳光譜系統采用分布式反饋激光器（DFB）在小型芯片上直接泵浦兩個硫系玻璃（ChG）微諧振腔，產生了含兩個不同重復頻率的孤子梳。研究人員將兩個微梳組合在定向耦合器中，并將組合孤子串分為兩條光傳輸路徑，一條路徑用來與氣室相結合監測吸收信息，另一條則作為參考路徑。他們將ChG芯片封裝于1×1 cm2區域內（該區域由20個具有不同自由光譜范圍（FSR）的微諧振器組成）。他們設計了含兩種不同芯包層結構集成硫族微諧振器的制備工藝，并通過高非線性特性與光刻控制柔性色散特性證明了多功能克爾微梳（包括亮孤子微梳、暗脈沖微梳、拉曼-克爾微梳、帶頻散波的寬帶克爾微梳）的產生機制，并分析了中紅外克爾梳的未來發展方向[4]。上述研究方案中研究人員所設計的覆蓋范圍為3-5μm的雙梳狀分子光譜頻率梳，在實時健康監測和支持臨床診斷的分子指紋檢測中具有一定的應用價值。



4.無源光網絡
暨南大學的Haide. Wang等研究人員利用特定訓練序列（TS）結構輔助數字信號處理（DSP）過程使得基于數字子載波復用（DSCM）的相干無源光網絡（PON）具有低切換延遲特性，可以確保實現實時帶寬分配，實驗裝置如圖5所示。他們設計的TS結構包括頻偏估計（FOE）、相位初始化定時恢復（TR）、幀同步和基于導頻的載波相位恢復（CPR）過程，可以幫助DSCM PON快速收斂工作。研究人員應用得DSCM偏振復用（PDM）16QAM相干PON系統中，發射端包含8路子載波（每路子載波傳輸8Gband信號），DSCM信號由光網絡單元（ONU）到分配到8個ONU[5]中。研究結果表明：采用特定TS結構和數據輔助DSP，在20%軟判決前向糾錯（SD-FEC）限制下，接收機靈敏度為-27 dBm，光功率預算值為35.5 dB。綜上所述：該方案在100G PON系統建設中具有一定的參考意義。



5. 激光器
加拿大光電子學研究中心的G. Liu等研究人員比較了基于砷化銦（InAs）/磷化銦（InP）量子碰撞（QDash）與量子點（QDot）多波長激光器的鎖模特性和噪聲特性，如圖6所示。研究人員對上述兩種激光器的波長、帶寬、閾值電流等基本參數特征進行了研究；他們應用的兩種激光器中心波長分別為1549.2nm和1550.4nm，6 dB梳頻帶寬值分別為12.0nm和11.2nm，通道數值分別為52和49且光信噪比（OSNR）均大于40 dB。其中，Qdash激光器的閾值電流為51.8 mA，低于Qdot激光器的63.7 mA；當輸入電流為480 mA時，QDash與QDot激光器的輸出功率分別為32.9 mW和28.2 mW（Qdash激光器輸出功率比QDot高16.7%）；Qdash激光器的腔損耗為5.0 cm-1，低于Qdot激光器的7.7 cm-1；QDash和QDot激光器工作在28.36 GHz和28.42 GHz時出現清晰的單峰，表明在較寬注入電流范圍內可實現了高質量鎖模，且QDot激光器的重復頻率可調性高于QDash激光器，且平均相對強度噪聲（RIN）和相位噪聲低于QDash激光器。他們采用上述兩類激光器作為光源，并比較了正交幅度調制（QAM）背對背傳輸系統中接收光信號的誤碼率性能[6]。綜上所述，應用上述兩種激光器生成低成本、多通道光信號對建設大規模光網絡具有一定的參考價值。



參考文獻：
[1]Jain and J. C. Cartledge, "Analysis of Bandwidth Narrowing in Wavelength Selective Switch Enabled DP-64QAM Systems With Transceiver Noise," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 14, pp. 4590-4597, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3243864.
[2]J. Zhang, Q. Chen, F. Chen and J. Zhang, "LiNbO3 Optical Waveguide Sensor for Measurement of Electromagnetic Emission," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4444-4451, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3258529.
[3]E. P. Martin, S. T. Ahmad, S. Chandran, A. Rosado, A. A. Ruth and P. M. Anandarajah, "Stability Characterisation and Application of Mutually Injection Locked Gain Switched Optical Frequency Combs for Dual Comb Spectroscopy," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 45164521, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3255550.
[4]J. Pan, D. Xia, Z. Wang, B. Zhang and Z. Li, "Chalcogenide Chip-Based Frequency Combs for Advanced Laser Spectroscopy," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4065-4078, 1 July1, 2023, doi:10.1109/JLT.2023.3276769.
[5]H. Wang et al., "Fast-Convergence Digital Signal Processing for Coherent PON Using Digital SCM," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 14, pp. 4635-4643, 15 July15, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3243828.
[6]G. Liu et al., "Mode-Locking and Noise Characteristics of InAs/InP Quantum Dash/Dot Lasers," in Journal of Lightwave Technology, vol. 41, no. 13, pp. 4262-4270, 1 July1, 2023, doi: 10.1109/JLT.2023.3244777.