2020年7月PTL光通信論文評析

光纖在線特邀編輯：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊傑

8/19/2020，光纖在線訊，2020年7月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光源、無源器件、有源器件、光纖傳輸系統、光通信系統等，筆者將逐一評析。

1、光源

俄羅斯科學院普羅霍羅夫普通物理研究所的Svetlana S. Aleshkina等研究人員設計了一種工作在977nm附近的包層泵浦全光纖啁啾飛秒脈衝摻鐿（Yb）鎖模雷射器。該雷射器具有自啟動功能，並且非常穩定，還有非線性極化演化（NPE）鎖模機制和密集腔內自相位調製（SPM）環形腔，即使在非常短的有源光纖長度下，也可以獲得接近977 nm的高增益，能夠實現977 nm附近的小信號放大，結構如圖1所示。研究人員使用新型摻Yb光纖在基於半導體可飽和吸收鏡（SESAM）的鎖模雷射方案中演示了977 nm的皮秒脈衝信號的生成過程。研究表明，該雷射器的腔內非線性效應增強時，所產生的脈衝頻譜加寬，具有強大的自相位調製功能。使用該雷射器配合外部衍射光柵壓縮器可產生230 fs持續時間的脈衝[1]。

圖1 雷射器結構

2、無源器件

澳大利亞阿德萊德大學的Jonathan P. Hedger等研究人員設計了一種用於量子光學的光譜濾波器。該濾波器由全光纖法布裡-珀羅（Fabry-Perot）諧振器組成，將頻率差用作信號分離的手段，並且使用了兩個定製設計的光纖光柵（FBG）；這些FBG以緊湊且穩定的封裝提供了高傳輸性能和較高精細度。研究人員通過實驗測試了該濾波器的傳輸性能和穩定性，實驗裝置如圖2所示。研究表明，光譜濾波器的抑制比為31dB，峰值透射率為76％。在35小時內傳輸峰值諧振頻率測量中僅需通過溫度保持過程，實現了均方根（rms）偏差僅為2.84 MHz，相當於將濾光器的透射率穩定在其最大值的2％以內[2]。

圖2 光譜濾波器實驗裝置

3、有源器件

中國科學院的Jiankun Wang等研究人員設計了一種寬帶模擬應用的1.35 μm AlGaInAs / InP分布反饋（DFB）雷射器。該雷射器在寬調製頻率下具有優異諧波特性，其二次諧波失真（2HD）為23 dB；在25 GHz調製頻率下的群延遲時間為1.5 ps，原理結構如圖3所示。研究人員通過優化有源層和與布拉格波長位置使該DFB雷射器可實現寬帶模擬應用。研究表明，DFB雷射器的閾值電流為8.5mA，斜率效率為0.35 W / A；3dB調製帶寬在60mA時達到21 GHz，在90mA時達到28 GHz；當輸入調製功率為0 dBm時，調製頻率範圍（0-22GHz）中的2HD小於23 dB，最大2HD頻率接近弛豫振蕩頻率的一半[3]。

圖3 分布反饋（DFB）式雷射器結構

4、光纖傳輸系統

英國班戈大學的W. Jin等研究人員測試了正交頻分復用數字濾波器多址無源光網絡（OFDM-DFMA PON）對光網絡單元（ONU）收發器發生變化的容忍度和與信號傳輸能力相關的差分ONU發射功率動態範圍。研究人員使用強度調製直接檢測(IMDD)系統混合OFDM-DFMA PON在25km標準單模光纖（SSMF）上實現了多點對點上行信號30Gbit / s原始聚合傳輸，實驗裝置如圖4所示。研究表明，通過使用長度短至16的數字濾波器，光纖傳輸障礙僅會導致小於1 dB的接收器靈敏度下降，信道幹擾僅會導致小於2.5 dB的接收器靈敏度下降。總計28.12Gbit / s 的上行傳輸原始容量可以實現大於3.5 dB ONU發射功率動態範圍，而總計23.43Gbit / s的上行傳輸原始容量則可以實現大於5.5 dB ONU發射功率動態範圍[4]。

圖4 正交頻分復用數字濾波器多址無源光網絡的實驗裝置

5、光通信系統

廣東工業大學的Zhensen Gao等研究人員設計了一種高速安全光學通信的新型時間擴展逐符號光學相位加密方案。該方案採用了相位調製格式能克服比特率、碼片速率和光學編碼（OC）長度之間的相互約束關係。研究人員通過實驗演示了碼元重疊、光相位加密的記錄型40Gb / s安全光通信系統，並採用硬體光學組件進行加密，實現了即插即用過程，實驗裝置如圖5所示。研究表明，逐符號光學相位加密方案支持高比特率操作和先進光調製格式，可以提高代碼靈活性和基數，在增強光纖通信系統的安全性方面顯示出巨大的應用潛力[5]。

圖5 新型時間擴展逐符號光學相位加密方案的實驗裝置

參考文獻

[1] S. S. Aleshkina, D. S. Lipatov, V. V. Velmiskin, V. Temyanko and M. E. Likhachev, "Generation of Chirped Femtosecond Pulses Near 977 nm Using a Mode-Locked All-Fiber Laser," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 13, pp. 811-814, 1 July1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.2998902.

[2] J. P. Hedger, T. Elsmann, M. Becker, T. Tiess, A. N. Luiten and B. M. Sparkes, "High Performance Fiber-Fabry-Perot Resonator Targeting Quantum Optics Applications," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 14, pp. 879-882, 15 July15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3003015.

[3] J. Wang, Y. Huang, Y. Liu, H. Zhu, L. Xie and Q. Kan, "Low Harmonic Distortion DFB Laser for Broadband Analog Applications," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 14, pp. 887-890, 15 July15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3001988.

[4] W. Jin et al., "Experimental Demonstrations of Hybrid OFDM-Digital Filter Multiple Access PONs," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 13, pp. 751-754, 1 July1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.2995072.

[5] Z. Gao et al., "40Gb/s Secure Optical Communication Based on Symbol-by-Symbol Optical Phase Encryption," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 14, pp. 851-854, 15 July15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3000215.