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基于U波段光波产生频率可调谐的微波载波

光通信研究 2024年第2期2期(17)卷 116-120页

作者：姬迪胡志涛王柱天庞拂飞叶楠宋英雄上海大学特种光纤与光接入网重点实验室上海200444

【目的】具有可调谐能力的高频微波载波(GHz)在第五代移动通信技术(5G)/第六代移动通信技术(6G)无线网络、雷达系统和卫星通信领域中有着广泛的应用。由于比较简单的系统结构、大带宽和低损耗的优点,基于光子技术生成高频可调谐微波载... 详细信息

【目的】具有可调谐能力的高频微波载波(GHz)在第五代移动通信技术(5G)/第六代移动通信技术(6G)无线网络、雷达系统和卫星通信领域中有着广泛的应用。由于比较简单的系统结构、大带宽和低损耗的优点,基于光子技术生成高频可调谐微波载波的技术方案吸引了国内外研究团队的广泛关注。由于目前C波段有着成熟的商用器件,因此目前光生微波实验多在C波段进行。随着波分复用(WDM)—光载射频(ROF)技术借助WDM系统在光频域的合/分波来灵活实现微波频段的合/分波,利用ROF系统采用光生微波技术来简化基站配置,使得C波段的有限带宽资源(35 nm, 1 530~1 565 nm)越来越紧张。因此,光生微波技术的研究有着向更宽光谱范围扩展的驱动力。U波段可以提供宽至50 nm(1 625~1 675 nm)的信道带宽来缓解C波段的信道利用压力。在U波段,标准单模光纤已实现低至0.195 dB/km(@1 625 nm)的光功率损耗,特别是,掺铥光纤放大器在U波段也可实现达到18.7 dB(@1 655 nm)的大带宽增益。因此,基于标准单模光纤的WDM系统可向U波段扩展,从而促使WDM-ROF技术向这一波段延伸,进而带动光生微波技术向U波段拓展。文章研究了U波段的光生微波技术。【方法】从数学模型上看,现有光生微波技术对所应用的光载波波段是透明的,只需选择对应工作波段的光子学器件就可在任意波段使用这些方法来产生微波载波。从原理上看,C波段的光子学器件(如偏振控制器、相位调制器(PM)和光纤移相器(FPS)等)可以工作在U波段,这些器件的工艺技术成熟并易于购置。因此,文章采用C波段的PM、FPS和光耦合器等光子学器件,基于U波段光载波搭建了光生微波载波系统。【结果】最终基于该系统产生了调谐范围覆盖7.5~12.0 GHz、杂散抑制比达29.6~35.2 dB的可调谐微波载波。【结论】文章通过公式原理分析和实验验证,实现了将光生微波载波技术的工作波段扩展至U波段。

关键词：光生微波载波 U波段光相位调制器强度调制频率可调谐杂散抑制比

基于微转印方法实现III-V-on-SOI异质集成光电探测器

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光通信研究 2024年

作者：王兆璁权志恒郑施冠卿朱岩叶楠陆梁军周林杰宋英雄上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海交通大学平湖智能光电研究院上海大学特种光纤与光接入网重点实验室湖北省武汉市九峰山实验室工艺中心 3. 北京英孚瑞半导体科技有限公司

【目的】硅基光电子平台具有低成本制造、高集成密度、高传输速度的优势，但受限于硅材料的光电性能，单晶硅难以直接实现光纤通信O/C波段的高响应度探测。InP基InGaAs材料在光纤通信的O/C波段具有1.0 × 10 cm-2的吸收系数，可制成具... 详细信息

【目的】硅基光电子平台具有低成本制造、高集成密度、高传输速度的优势，但受限于硅材料的光电性能，单晶硅难以直接实现光纤通信O/C波段的高响应度探测。InP基InGaAs材料在光纤通信的O/C波段具有1.0 × 10 cm-2的吸收系数，可制成具有较高吸收效率的有源光探测器件。因此，通过异质集成的方式，将InGaAs/InP有源器件与硅基波导结合成为基于硅光子平台实现高效光电探测器的一个可行方向。大晶格失配及热膨胀系数的差异使得通过外延生长技术实现大规模集成变得非常困难，而键合集成技术中的微转印技术可以实现微米尺度量级的集成，进而低成本、高效率的制备出异质集成器件。而在该技术的现有制备流程中，通过刻蚀牺牲层实现器件与衬底分离的方案需要极高的工艺积累。文章的研究目的是在保留探测器原衬底的情况下，利用微转印方法实现InGaAs/InP 雪崩光电探测器件与绝缘体上硅(SOI)光栅耦合器的直接键合集成。【方法】在研究方法上，文章研究了微转印方法的基本原理，搭建了微转印实验平台。通过微转印方法实现了III-V族雪崩光电探测器(APD)样片与SOI光栅耦合器(GC)的异质集成，基于测试结果评估微转印方法的可行性。【结果】通过微转印集成获得的异质集成光电探测器，响应带宽约为4 GHz，暗电流约为13 nA(@-13 V)，与该样片集成前的性能测试数据基本一致。受到耦合损耗的影响，集成后整体结构的响应度为7.3 × 10-3A/W(@-25 V)。排除输入端光纤-光栅耦合器的损耗之后，集成器件的响应度约1.8 × 10-2A/W(@-25 V)。【结论】文章的工作验证了基于微转印方法实现III-V族雪崩光电探测器与SOI波导平台进行异质集成的可行性。通过保留InP衬底，使微米级×微米级尺度的APD光电探测器与SOI光栅耦合器通过InP衬底/硅基光子平台界面间的范德华力实现了直接键合集成，以此简化微转印工艺的实施流程而提高集成效率。通过实验可以验证，集成前/后器件的暗电流和带宽性能基本保持不变。

关键词：硅基光电子异质集成微转印光电探测器

Simple real-time high-sensitivity heterodyne coherent optical transceiver at intraplane satellite communication

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Chinese Optics Letters 2024年第3期22卷 7-13页

作者：曲元哲张倩武王演祎陈彦昊龚乐为刘紫玥张俊杰李迎春陈健宋英雄 Key Laboratory of Specialty Optics and Optical Access Networks Shanghai Institute for Advanced Communication and Data ScienceShanghai UniversityShanghai 200444China

In this paper,we demonstrate a high-sensitivity and real-time heterodyne coherent optical transceiver for intraplane satellite communication,without digital-to-analog converter(DAC)devices and an optical phase lock loop(OPLL).Based on the scheme,a real-time sensitivity of-49 dBm is achieved at 5 Gbps QPSK.Because DAC is not needed at the transmitter,as well as OPLL at the receiver,this reduces the system cost.Furthermore,the least required Rx ADC bit-width is also discussed.Through theoretical analysis and experimental results,our cost-effective transceiver satisfies the scenario and could be a promising component for future application.

关键词： real-time coherent transceiver heterodyning intraplane satellite optical communication

基于WDM-PON架构的5G前传系统中的FWM效应

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应用科学学报 2022年第5期40卷 749-757页

作者：于培华李正璇许岩宋英雄上海大学通信与信息工程学院上海200444 上海大学特种光纤与光接入网重点实验室上海200444

为了应对快速增长的带宽需求,解决非线性效应限制波分复用无源光网络(wavelength-division multiplexing passive optical network,WDM-PON)系统的传输距离和信道容量,尤其是四波混频(four-wave mixing,FWM)效应的问题。通过实验与仿真... 详细信息

为了应对快速增长的带宽需求,解决非线性效应限制波分复用无源光网络(wavelength-division multiplexing passive optical network,WDM-PON)系统的传输距离和信道容量,尤其是四波混频(four-wave mixing,FWM)效应的问题。通过实验与仿真研究了25 Gb·s·λ非归零码(non-return-to-zero,NRZ)信号经过25 km标准单模光纤(standard single-mode fiber,SSMF)传输时,FWM效应对系统所产生的影响。仿真结果表明,在信道间隔为200 GHz的12个波长传输系统中,除了第一个和最后一个信道之外,其他信道误码率(bit error rate,BER)都不能达到前向纠错码(forward error correction,FEC)的门限1.0×10。因此,在制定5G前传系统波长分布和信道间隔时,应充分考虑FWM串扰。

关键词： 5G前传波分复用无源光网络非线性效应四波混频

基于MIMO模式分集相干接收的FSO大气湍流补偿技术研究

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中国激光 2022年

作者：尹涵宋英雄李迎春陈松黄烨恬上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室上海大学特种光纤与先进通信国际合作联合实验室

针对自由空间光通信（FSO）系统中大气湍流导致大气信道折射率不稳定，进而对传输光信号造成损伤，引起误码率升高等影响，本文提出一种基于LP,LP和LP两模组光纤的少模分集接收结合相干检测信号处理的方案，以对抗FSO系统中大气湍流对...

针对自由空间光通信（FSO）系统中大气湍流导致大气信道折射率不稳定，进而对传输光信号造成损伤，引起误码率升高等影响，本文提出一种基于LP,LP和LP两模组光纤的少模分集接收结合相干检测信号处理的方案，以对抗FSO系统中大气湍流对系统性能影响，提高了接收机性能。系统根据Gamma-Gamma（G-G）大气湍流信道模型，采用基于时频域最小均方（LMS）的多入多出（MIMO）信号处理算法，通过VPI仿真软件模拟光场经过弱、中和强三种强度大气湍流(强度从弱到强，大气折射率常量Cn2取值分别为2.1×10、3.51×10,2.6×10)的传输，建立了传输速率为100 Gbps的偏振复用正交相移键控（DP-QPSK）自由空间光传输仿真实验。结果表明，相比于单模光纤接收，采用三模光纤接收时，在弱中强三种湍流强度下性能分别提高了1.8 d B,2.5 d B和3 dB。

关键词：

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地星大气湍流路径三层传输模型数值模拟

红外与激光工程 2023年第11期52卷 257-269页

作者：沈玲君宋英雄上海大学特种光纤与光接入网重点实验室上海200072 上海市先进通信与数据科学研究院上海200072

星地激光通信具有高带宽通信的潜力,但大气湍流会显著影响卫星对地和地对卫星这类通信系统的能力。星地通信系统的室外实验费用昂贵且难以重现,现有的数值仿真大都基于水平均匀路径,不适用于星地链路长距离且不均匀的湍流路径,为了评估... 详细信息

星地激光通信具有高带宽通信的潜力,但大气湍流会显著影响卫星对地和地对卫星这类通信系统的能力。星地通信系统的室外实验费用昂贵且难以重现,现有的数值仿真大都基于水平均匀路径,不适用于星地链路长距离且不均匀的湍流路径,为了评估湍流对通信系统的影响,因此开发适用于星地链路的数值仿真是非常重要的。在数值仿真中,模拟湍流的相位屏数量太多会增加系统的复杂度,通过计算传统的Kolmogorov谱下相位屏为2层、3层、6层、11层以及21层时观测面光场的互相干因子并将其与理论值比较,发现三层模型能够在保证传输准确性的同时降低系统的复杂度。在此基础上,提出了地星大气激光传输三层模型,分析了不同湍流谱模型下(Kolmogorov谱与Non-Kolmogorov谱)的高斯光束辐度轮廓变化以及接收光束相干性的变化。仿真结果表明,在相同的大气条件下,与Kolmogorov谱相比,谱指数随高度变化的Non-Kolmogorov谱对传输光束的幅度以及相干性的影响更大。

关键词：数值模拟大气湍流光传播 Kolmogorov谱 Non-Kolmogorov谱分步传播算法

Super-PON系统中SRS串扰的仿真分析

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中国激光 2022年第3期49卷 73-82页

作者：于培华李正璇许岩宋英雄上海大学通信与信息工程学院特种光纤与光接入网重点实验室上海200444

超无源光网络(Super-PON)凭借低成本、长距离传输、支持大量用户等优点逐渐成为研究热点。然而,在多波长长距离传输系统中,Super-PON上下行之间及Super-PON与以太网无源光网络(EPON)、10G以太网无源光网络(10G-EPON)系统共存时,皆面临... 详细信息

超无源光网络(Super-PON)凭借低成本、长距离传输、支持大量用户等优点逐渐成为研究热点。然而,在多波长长距离传输系统中,Super-PON上下行之间及Super-PON与以太网无源光网络(EPON)、10G以太网无源光网络(10G-EPON)系统共存时,皆面临着受激拉曼散射(SRS)串扰的挑战。因此,为了满足Super-PON系统的高链路预算需求,通过VPI仿真软件分别测量了在上述各种组合方式下系统所受到的SRS串扰。结果表明:将C波段作为下行并将L波段作为上行进行传输时,信号所受到的功率损伤最小,为0.43 dB(上下行单波长入射光功率分别为10 dBm和13 dBm),因此这是Super-PON系统的最佳波段分配方案。此外,当Super-PON与EPON上行、10G-EPON下行系统共存时,SRS效应给它们带来的影响很小,基本可以忽略不计。

关键词：光通信受激拉曼散射超无源光网络以太网无源光网络功率损伤

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通过以太无源光网的射频电视传送技术

光学学报 2007年第5期27卷 794-800页

作者：宋英雄林如俭朱永华上海大学现代通信工程研究开发中心上海200072

论述了1550 nm射频电视(CATV)通道与1490 nm数据通道的相互干扰问题。针对1490 nm光波通过光纤中受激拉曼效应对1550 nm光波的非线性串扰和1550 nm光波通过粗波分复用(CWDM)分波器对1490 nm光波的线性串扰提出了理论计算公式,进行了定... 详细信息

论述了1550 nm射频电视(CATV)通道与1490 nm数据通道的相互干扰问题。针对1490 nm光波通过光纤中受激拉曼效应对1550 nm光波的非线性串扰和1550 nm光波通过粗波分复用(CWDM)分波器对1490 nm光波的线性串扰提出了理论计算公式,进行了定量分析和计算。结果表明,数据非线性串扰可使射频电视系统低频端的载噪比下跌9 dB;而在常规融锥型粗波分复用分波器情况下,射频电视线性串扰可使数据光接收机的光功率代价达到2.5dB。最后指出了克服串扰的方法,如以太空闲字符扰码和高隔离度粗波分复用等。

关键词：光通信光纤接入网以太无源光网拉曼散射射频叠加三网融合

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相干光通信系统中的几何概率整形研究

光学学报 2023年第19期43卷 59-65页

作者：张一尘陈健赵梦鑫周泽海宋英雄上海大学特种光纤与光接入网重点实验室上海200444 上海大学上海市先进通信与数据科学研究院上海200444

为了缩小矩形正交幅度调制(QAM)方式和香农极限的差距,探究高斯信道下的星座整形性能,设计一种应用于卫星间激光通信的几何整形与概率整形相结合的方案。将星座点的判决范围视为圆形,从图形的紧密排列角度出发提出几何整形的思路,再利... 详细信息

为了缩小矩形正交幅度调制(QAM)方式和香农极限的差距,探究高斯信道下的星座整形性能,设计一种应用于卫星间激光通信的几何整形与概率整形相结合的方案。将星座点的判决范围视为圆形,从图形的紧密排列角度出发提出几何整形的思路,再利用编码映射技术使各个星座点概率分布符合麦克斯韦-玻尔兹曼分布。几何整形与概率整形相结合可以进行非常规星座点数的星座设计。在功率限制的前提下,进行了信息熵为3和星座点数为8~13、信息熵为4和星座点数为16~23的仿真和相干光通信系统实验。在仿真理论中,误码率约为5×10-3时,相比常规8QAM和16QAM,矩形QAM分别取得了约1 dB和1.3 dB的增益。同时还进行了8点和16点的几何整形的仿真和实验,相较于矩形QAM,分别有约0.1 dB和0.22 dB的性能提升。

关键词：相干光通信几何整形概率整形星座整形星间通信