2020年9月PTL光通信論文評析

光纖在線特邀嘉賓：邵宇豐，王安蓉，胡欽政，王壯，楊傑，伊林芳，田青，楊琪銘，於妮

2020年9月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光源、調製器、光載無線通信系統、光纖通信系統和無源光子器件等，筆者將逐一評析。

光源

西安交通大學的Fengqin Huang等研究人員集成飛秒雷射器的光纖布拉格光柵（FBG）作為波長選擇元件設計了一種寬帶可調諧無源鎖模光纖雷射器。該光纖雷射器的峰值波長為1547.9 nm，在室溫下光譜最大半波全寬（FWHM）值為0.90 nm。研究人員採用非線性光學環形鏡（NOLM）作為飽和吸收（SA）環形光纖腔進行鎖模操作，原理如圖1所示。研究表明，FBG溫度為1000。C時，光纖雷射器的波長可調諧範圍達14.2 nm，脈衝持續時間約為2.94 ps，具有接近2.80 ps的傅立葉極限脈衝持續時間，重複頻率為860.5 kHz，脈衝峰值功率為56.2W[1]。

圖1 光纖雷射器設計原理

1、 調製器

中國科學院的Lifei Tian等研究人員設計了使用多晶矽（poly-Si）作為共振薄膜空間光調製器（SLM）的單元構件，其光學結構由傳統法布裡-珀羅（F-P）諧振腔改進形成，並採用多晶矽薄膜作為內腔功能材料，通過熱光效應和多晶矽薄膜的熱彈性變形效應來提高了C波段消光比，結構原理如圖2所示。研究人員通過實驗測試了SLM單元在OFF和ON兩種電壓狀態下相對波長反射率曲線，研究了電壓對C波段空間光調製器單元構件反射率的影響。研究表明，SLM單元在C波段具有高消光比，通過調節電壓來改變反射率具有良好的可重複性，並測得在1547.5 nm處最大消光比值為42.2 dB[2]。

圖2 空間光調製器單元構件

2、 光載無線通信系統

義大利費拉拉大學的Jacopo Nanni等研究人員使用點對點互連鏈路分析了基於絕緣體上矽（SOI）的片上光學無線鏈路中不連續性所造成的影響。研究人員在距離不超過200μm的點對點鏈路上進行了數值模擬和實驗驗證，實驗裝置如圖3所示。研究表明，在多層環境中傳播是導致多徑現象產生的主要原因，由於天線和傳播路徑中多層結構所觸發的多徑現象會嚴重影響鏈路預算；同時衰落效應也會降低鏈路信號傳輸性能，但信號經由天線周圍的同質區域可減少傳播路徑局部破壞性幹擾所引起的衰落量；在保證天線均勻介質區域條件滿足的情況下，經無界面自由空間傳播後的信號實際接收功率高於理論接收功率[3]。

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圖3 點對點鏈路實驗裝置

3、 光纖通信系統

丹麥技術大學的Lars Grüner-Nielsen等研究人員提出了一種10Gbit/s 非歸零碼（NRZ）調製和25Gbit/s脈衝幅度調製（PAM4）雙模式系統的模分復用（MDM）系統傳輸模型；該模型可用於計算系統中模式多路復用和接口串擾需求，以及分析通道間波長分離、檢測器帶寬和組件串擾所造成的負面影響，模型結構如圖4所示。研究人員通過比較模擬系統與實際測量結果，驗證了該模型的有效性。研究表明，對於10Gbit/s NRZ調製模式，為確保誤碼率（BER）小於3E10-5，模式復用器、解復用器和接口的串擾需低於15dB；對於25 Gbit/s的PAM4調製模式，為確保符號錯誤率（SER）小於2E10-5，串擾需低於20 dB[4]。

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圖4 模分復用系統模型

4、 無源光子器件

日本國家信息和通信技術研究所的Georg Rademacher等研究人員研究了梯度折射率多模光纖應用在684公裡循環迴路傳輸中的模態非線性信號失真效應。研究人員傳輸了24.5GBaud的16正交幅度調製（QAM）信號，並添加了掃頻超過20nm的C波段幹擾信道頻帶，並以相同功率發射所有波長或空間信道進行了實驗，實驗裝置如圖5所示。研究人員在幹擾信道與被測信道間距為17 nm時傳輸了24.5GBaud 16QAM信號，在LP01模式下測得Q因子損失為1 dB，且導致交叉相位調製（XPM）的波長間隔與傳輸距離無關，僅取決於光纖的傳播特性[5]。

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圖5 研究多模態非線性信號失真效應的實驗裝置

參考文獻

[1] F. Huang, J. Si, T. Chen, L. Hou and X. Hou, "Wide-Range Wavelength-Tunable Mode-Locked Fiber Laser Based on Fiber Bragg Grating," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 17, pp. 1025-1028, 1 Sept.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3009381.

[2] YL. Tian et al., "A Silicon Spatial Light Modulator Unit With High Extinction Ratios in C Band," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 17, pp. 1093-1096, 1 Sept.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3012972.

[3] J. Nanni et al., "Multi-Path Propagation in On-Chip Optical Wireless Links," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 17, pp. 1101-1104, 1 Sept.1, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3012877.

[4] L. Grüner-Nielsen, N. M. Mathew, M. Lillieholm, M. Galili and K. Rottwitt, "Modeling of MIMO Less Mode Division Multiplexed Systems," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 18, pp. 1191-1194, 15 Sept.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3016719.

[5] G. Rademacher et al., "Intermodal Nonlinear Signal Distortions in Multi-Span Transmission With Few-Mode Fibers," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 18, pp. 1175-1178, 15 Sept.15, 2020, doi: 10.1109/LPT.2020.3016348.