Author Affiliations
Abstract
1 Peng Cheng Laboratory, Shenzhen, China
2 Shanghai Jiao Tong University, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Department of Electronic Engineering, Shanghai, China
3 University of L’Aquila, Department of Physical and Chemical Sciences, L’Aquila, Italy
We propose a joint look-up-table (LUT)-based nonlinear predistortion and digital resolution enhancement scheme to achieve high-speed and low-cost optical interconnects using low-resolution digital-to-analog converters (DACs). The LUT-based predistortion is employed to mitigate the pattern-dependent effect (PDE) of a semiconductor optical amplifier (SOA), while the digital resolution enhancer (DRE) is utilized to shape the quantization noise, lowering the requirement for the resolution of DAC. We experimentally demonstrate O-band intensity modulation and direct detection (IM/DD) transmission of 124-GBd 4 / 6-level pulse-amplitude modulation ( PAM ) -4 / 6 and 112-GBd PAM-8 signals over a 2-km standard single-mode fiber (SSMF) with 3 / 3.5 / 4-bit DACs. In the case of 40-km SSMF transmission with an SOA-based preamplifier, 124-GBd on-off-keying (OOK)/PAM-3/PAM-4 signals are successfully transmitted with 1.5 / 2 / 3-bit DACs. To the best of our knowledge, we have achieved the highest net data rates of 235.3-Gb / s PAM-4, 289.7-Gb / s PAM-6, and 294.7 Gb / s PAM-8 signals over 2-km SSMF, as well as 117.6-Gb / s OOK, 173.8-Gb / s PAM-3, and -231.8 Gb / s PAM-4 signals over 40-km SSMF, employing low-resolution DACs. The experimental results reveal that the joint LUT-based predistortion and DRE effectively mitigate the PDE and improve the signal-to-quantization noise ratio by shaping the noise. The proposed scheme can provide a powerful solution for low-cost IM/DD optical interconnects beyond 200 Gb / s.
look-up-table digital resolution enhancer quantization noise semiconductor optical amplifier pattern-dependent effect pulse-amplitude modulation Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036007
强激光与粒子束
2022, 34(12): 121003
在全息三维显示领域，计算全息图的快速生成算法是重要的研究内容。波前记录平面法是一种基于点云加速计算全息图生成的方法，能有效减少计算时间。对波前记录平面计算全息图生成方法及应用的最新进展进行分析讨论，首先介绍波前记录平面方法的原理，然后详细分析波前记录的最新研究方法，从加快计算全息图的生成速度、提高三维重建图像质量及一些特殊应用如曲面全息成像等方面进行总结分析。详细分析各种波前记录平面方法在增加计算速度、提高重建像质量、减少查找表占用内存、增大视场角、去除混叠噪声等方面的改进及应用，并分析该方法在实时、动态、高质量、大视角全息三维显示中的作用。最后分析了各种方法的优劣，对波前记录平面方法的未来发展方向进行展望。
计算全息图 波前记录平面 图像重建 查找表 激光与光电子学进展
2022, 59(24): 2400001
1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
针对调制光栅Y分支（Modulated Grating Y-branch，MG-Y）激光器难以实现特定波长稳定准连续调谐问题，提出一种基于K近邻模型的MG-Y激光器波长查找表构建方法。该方法基于K近邻模型，快速分类得到左、右光栅准连续调谐区域，依据MG-Y激光器相位调谐特性，采用牛顿非均匀插值方法实现了MG-Y激光器波长精细调谐。实验结果表明，按照该表控制激光器的输出光波长准确度为2 pm，稳定性为0.7 pm，F-P标准具解调波长稳定性为1.73 pm，FBG解调波长稳定性为1.75 pm，FBG解调波长相关系数R大于0.952 5。该方法可控制MG-Y激光器实现稳定的波长准连续调谐，满足光纤传感解调应用需求。
MG-Y激光器 波长控制 K近邻 查找表 连续调谐 MG-Y laser Wavelength control K nearest neighbor Look up table Continuous tuning
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072
本文提出了一种单像素空间频域成像的实时化方法，该方法可动态测量多波长下的空间频域漫反射图像，并快速重构光学参数。动态单像素成像采用交叠成像窗口方式，即只更新少数测量值来重建新一帧图像，其他测量值与前一帧共享，因此在相同的测量时间内可以获得传统方法两帧图像间的多帧中间状态图像，有效提高了单像素成像的帧率。针对空间频域漫反射图像的频谱分布，设计了圆形路径下单像素采样模板的测量顺序及成像窗口交叠长度，以保证动态成像过程中漫反射图像的直流成分和交流成分同步更新。为快速重构光学参数图像，提出一种基于区间优化和像素优化的快速查表法，该方法有效减少了传统查表法重构光学参数过程的冗余运算，提高了重构速度。使用搭建的单像素空间频域成像系统对所提方法进行了一系列仿体验证，结果表明，所提方法可以实现超过10 frame/s的多波长漫反射图像的实时测量，并可以以低于2%的误差实时重构光学参数图像。
医用光学 空间频域成像 动态单像素成像 快速查表法 实时成像
为了解决高阶线性FIR滤波器占用查找表资源过多的问题, 提出了一种采用对称查找表的分布式结构。利用线性FIR滤波器系数对称的特点, 设计了深度更小的对称查找表。采用时分复用技术和流水线技术, 有效节约了查找表资源, 提高了FIR滤波器的运行频率。在Xilinx XC5VLX110T FPGA芯片上, 实现了1 023阶的基于对称查找表的FIR滤波器。结果表明, 相比于分段查找表结构, 对称查找表结构的FIR滤波器节约了48%的Block Rom资源, 提升了15%的最高时钟频率。
线性FIR滤波器 分布式算法 查找表 linear FIR filter distributed arithmetic look-up table
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072
3 新疆医科大学第一附属医院, 新疆 乌鲁木齐830054
黏膜组织病变多起源于浅层上皮组织,因此研究亚扩散域的空间分辨漫反射光谱分布特性对于黏膜组织早期病变识别具有重要意义。在亚扩散区域,除了吸收系数μa与约化散射系数μ's外,二阶散射定向因子γ对组织漫反射率也有较大影响。为实现三个光学参数的同时定量反构,面向实际应用基于光纤几何和Gegenbauer-kernel (GK)相函数的蒙特卡罗模拟建立正向数值模型,采用3D查表(3D-LUT)法和反向传播神经网络 (BPNN)反构光学参数,然后进行数值模拟和仿体实验验证。数值模拟结果表明,3D-LUT和BPNN两种方法反构的光学参数均具有较小的误差,但相比于3D-LUT方法,BPNN方法的反构准确性更高、计算速度快且具有更好的抗噪声能力。仿体实验表明,在实验系统噪声影响以及仿体测量校正存在误差等情况下,两种方法仍可有效地反构三个光学参数,从而证明了本研究所提方法的可行性和有效性。
医用光学 亚扩散光谱 蒙特卡罗模拟 光学参数 散射相函数 查表法 反向传播神经网络 光学学报
2021, 41(24): 2417001
1 暨南大学光子技术研究院，广东 广州 510632
2 广东省科学院半导体研究所，广东 广州 510651
信道线性及非线性失真会降低基于四电平脉冲幅度调制（PAM4）的短距离光互联系统的性能，利用PAM4发射芯片对信号进行预补偿能缓解信道失真带来的影响。因此，研究了一种适用于短距离光互联的PAM4发射芯片架构。该架构基于查找表（LUT）均衡器和源串联终端数模转换器灵活补偿光信道失真，利用流水线结构的选择器进行高速LUT读取；同时，采用电阻反馈的预驱动电路减少高速数模转换器信号输出时的码间干扰。后仿真结果表明，55 nm工艺制程PAM4发射芯片的速率可达到40 Gbit/s，能实现灵活配置的均衡模式，满足下一代数据中心、接入等光互联网络的需求。
光通信 四电平脉冲幅度调制 数模转换器 查找表 非线性均衡 激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2106004
长春理工大学 电子信息工程学院,吉林 长春 130022
为了消除集成成像系统中景深范围外目标的畸变现象, 提高重构图像的整体观察效果, 本文通过逆向光线追迹分析集成成像系统中弥散斑直径关系。参考人眼视觉特性, 首先推导出系统的目标采集景深范围; 然后根据此范围模型, 在采集装置固定的情况下, 得到集成成像系统所能重构出的真实深度范围; 以此真实深度值为参考值做深度调整, 基于查找表法得到元素图像, 最终在重构阶段得到无畸变的三维重构图像。实验结果表明, 采集景深范围内的目标可以清晰重构, 验证了此采集景深模型的合理性; 与其他方法得到的元素图像相比, 根据此模型做深度调节得到的元素图像, 其三维重构图与目标平面图的颜色直方图相似度从67.057%提升到94.507%, 结构相似性从54.002%提升到84.510%, 峰值信噪比从16.902提升到19.740, 明显消除了深度范围外目标的重构畸变, 适用于分辨率优先的集成成像显示技术。
集成成像 裸眼三维显示 人眼视觉 光线追迹 查找表 integral imaging naked eyes 3D display human vision ray tracing look up table 光学 精密工程
2020, 28(10): 2168
强激光与粒子束
2020, 32(7): 074002
