Jianing Wang 1,2Xi Wang 1,2Yihang Li 1,2Yanfu Yang 2[ ... ]Ke Xu 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Guangdong Provincial Key Laboratory of Semiconductor Optoelectronic Materials and Intelligent Photonic Systems, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055, China
2 Department of Electronic & Information Engineering, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055, China
3 Department of Science, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055, China
Recently, the emerging 2 μm waveband has gained increasing interest due to its great potential for a wide scope of applications. Compared with the existing optical communication windows at shorter wavelengths, it also offers distinct advantages of lower nonlinear absorption, better fabrication tolerance, and larger free carrier plasma effects for silicon photonics, which has been a proven device technology. While much progress has been witnessed for silicon photonics at the 2 μm waveband, the primary challenge still exists for on-chip detectors. Despite the maturity and compatibility of the waveguide coupled photodetectors made of germanium, the 2 μm regime is far beyond its cutoff wavelength. In this work, we demonstrate an efficient and high-speed on-chip waveguide-coupled germanium photodetector operating at the 2 μm waveband. The weak sub-bandgap absorption of epitaxial germanium is greatly enhanced by a lateral separation absorption charge multiplication structure. The detector is fabricated by the standard process offered by a commercial foundry. The device has a benchmark performance with responsivity of 1.05 A/W and 3 dB bandwidth of 7.12 GHz, which is able to receive high-speed signals with up to 20 Gbit/s data rate. The availability of such an efficient and fast on-chip detector circumvents the barriers between silicon photonic integrated circuits and the potential applications at the 2 μm waveband.
Photonics Research
2024, 12(1): 115
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学(深圳)电子信息与工程学院, 广东 深圳 518055
针对存在残余频偏的光频梳波分复用系统,提出一种基于盲相位搜索算法的主从载波恢复方案,该方案适用于存在频偏的光频梳相干波分复用系统。该系统使用盲相位搜索算法获取主通道的相位噪声,获取的相位噪声进一步用于初始化从通道相位噪声;使用测试相位自适应的相位追踪器对从通道的相位噪声进行校正。通过自适应调整测试相位的个数和中心位置,实现了可容忍频偏的低复杂度载波相位恢复。仿真结果表明,当使用80 GHz间隔的五线光频梳作为发射端和本地振荡光源时,相对于各通道独立的载波恢复方案,本方案在不牺牲相位噪声容忍度的前提下,将从通道的计算复杂度降低了80%。
光通信 光频梳 主从载波恢复 盲相位搜索算法 
光学学报
2021, 41(17): 1706003
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学(深圳)电子信息与工程学院, 广东 深圳 518055
为应对概率整形场景下相干光通信系统中的偏振解复用问题,提出了一种基于独立成分分析和极大似然估计的偏振解复用算法。由于各个信号之间相互独立,因此可以对信号采用独立成分分析的手段进行偏振解复用。通过基于最大似然估计的迭代更新寻找最佳的分离矩阵,即偏振解复用矩阵。对所提算法在不同信噪比下的性能及整形强度的容忍度进行了仿真分析。结果表明,所提算法能够应对不同的概率整形强度,在较大的信噪比范围内均能完成良好的偏振解复用。相较于用于标准信号的恒模算法,所提算法并不会受到整形强度的影响,并且随着整形强度的增加,系统的性能有所提升。
光通信 概率整形 偏振解复用 独立成分分析 
光学学报
2021, 41(6): 0606002
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学(深圳)电子与信息工程学院, 广东 深圳 518055
大波特率、高阶调制格式信号的广泛应用使相干光通信系统对收发机中存在的硬件损伤更加敏感,因此迫切需要相应的损伤估计方法。提出了一种新的基于数字信号处理的收发机损伤联合估计方案,该方案可同时监测因光发射机和光接收机硬件不完美引起的光信号同相/正交(IQ)分量幅度、相位不平衡和时钟偏移。该方案首先使用Godard定时误差检测器和施密特正交化法估计并补偿了接收机损伤;接着使用最大似然的独立成分分析法和级联的判决引导最小均方(DDLMS)算法分别实现了对发射机损伤不敏感的偏振解复用和载波相位恢复;最后从DDLMS的抽头系数中估计出发射机损伤。得益于对发射端IQ不敏感的偏振解复用和载波相位恢复,该方案实现了宽范围的损伤监测。仿真结果表明,与传统数字信号处理方案相比,所提方案对发射端幅度、相位不平衡的估计范围分别提升了约100%和33%。
光通信 不平衡损伤 偏振解复用 载波相位恢复 
光学学报
2021, 41(5): 0506001
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学(深圳)电子信息与工程学院, 广东 深圳 518055
为应对概率整形场景下载波相位恢复的问题,提出了一种基于统计分析的自适应算法。利用核密度估计进行概率整形信号的参数估计,从而估计得到信息熵,以辅助后续的基于半径定向的4次方频偏估计算法。运用估计出的概率整形参量进行信号的针对性归一化,用于后续基于盲相位搜索的载波相位噪声恢复。对该算法的频偏估计范围、信噪比及激光线宽容忍度进行了仿真分析。结果表明,所提方案能够应对不同的概率整形强度,在较大的信噪比范围内均能实现良好的载波相位恢复。此外,相对于用于标准信号的载波相位恢复算法,该方案达到最优性能时所需的滑动窗口长度更短并且拥有更高的估计精度。
光通信 概率整形 载波相位恢复 核密度估计 
光学学报
2020, 40(23): 2306001
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学深圳研究生院电子与信息工程学院, 广东 深圳 518000
面向光发射机信号畸变分析的应用场景,采取了一种相位近似缓变的相干检测系统,并借助聚类分析算法对畸变光信号进行分析预处理,精确估计畸变系数并实现较好的星座图恢复效果。该系统通过调整本振光传输链路长度使其与信号光传输链路的长度基本相等,本振光和信号光之间的相位差在较长的时间窗口内近似恒定,从而允许借助聚类分析方法对长时间窗口数据进行星座图的智能分析与预处理,基于聚类中心点位置计算获得畸变系数,同时以聚类中心位置作为参考进行后续均衡和载波相位处理。该方案解决了在信号畸变与相位噪声同时存在下的信号恢复难题,可实现精准信号畸变评估。在实验系统中使用聚类分析方法和盲相位搜索(BPS)算法对I-Q增益不平衡、I-Q幅度分布不均匀和I-Q相位误差三种发射机畸变信号进行处理,并进行相应的实验验证。仿真和实验结果均表明,该实验系统中聚类算法可对发射机的上述三种畸变损伤实现精确估计。
相干光通信 光发射机 信号畸变 聚类分析 相位延迟 
激光与光电子学进展
2018, 55(3): 030604
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学深圳研究生院, 广东 深圳 518055
提出基于级联扩展卡尔曼滤波与块状处理线性卡尔曼滤波的频偏和相位噪声协同处理方案。利用扩展卡尔曼滤波器对系统频偏进行初始估计,利用块状线性卡尔曼滤波器实现频偏和相位噪声的精准估计。对最优数据块长度和调优参数Q的关系,算法的线宽容忍性能、频偏估计范围以及频偏漂移追踪速度进行了详细的讨论和分析。结果表明,该方案具有快速的载波估计收敛能力、较高的频偏和相位估计精度,并且其频偏漂移追踪可高达320 MHz/μs。相比传统盲相位搜索方法,该方案具备较高的频偏容忍度和较低的实现复杂度。最后实验研究正交相移键控(QPSK)光通信系统下的载波恢复性能,同时给出不同光信噪比、块状数据长度下的载波频偏估计性能。
光通信 频偏和相位估计 频偏漂移跟踪 卡尔曼滤波 
光学学报
2018, 38(1): 0106004
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electronic and Information Engineering, Shenzhen Graduate School, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055, China
2 Photonics Research Center, Department of Electrical Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China
3 Photonics Research Center, Department of Electronic and Information Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China
We propose and experimentally demonstrate a universal and blind polarization-state tracking scheme for M-quadrature amplitude modulation (QAM) signals based on a decision-free radius-directed linear Kalman filter (RD-LKF). The polarization tracking performance is investigated through simulation and experiments for both quadrature phase-shift keying (QPSK) and 16-QAM signals. The influence of the filter parameters on the static polarization demultiplexing performance and dynamic tracking capability are discussed via simulation. The optimization strategy of the filter parameters in modulation-format-independent scenarios is proposed and simulations are carried out to evaluate the polarization demultiplexing penalty for QPSK, 16QAM, and hybrid QPSK/16QAM signals. Finally, the proposed decision-free RD-LKF is experimentally compared to the respective algorithms of constant modulus algorithm and multimodulus algorithm for QPSK and 16-QAM and the advantage of ultrafast polarization tracking ability is confirmed.
060.1660 Coherent communications 120.3930 Metrological instrumentation 
Chinese Optics Letters
2016, 14(11): 110601
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学深圳研究生院, 广东 深圳 518055
在偏振复用(PDM)高速光通信系统的相干检测中,需要实现信号偏振态和载波相位的快速跟踪。将扩展卡尔曼滤波器用在偏振复用16进制正交振幅调制(PDM-16QAM)光调制信号相干接收机中,成功实现了偏振态和载波相位的快速精确跟踪。在单信道112 Gb/s PDM-16QAM传输系统中,数值仿真发现,扩展卡尔曼滤波器所能跟踪的最大偏振态旋转速率可达级联多模算法的100倍,而且具有很好的收敛精度,其收敛速度和精度可以通过调优参量控制。使用扩展卡尔曼滤波器跟踪100 kHz线宽18 Mrad/s偏振态旋转信号时,10-3误码率(BER)对应的接收机灵敏度代价仅为0.2 dB。研究了应用于长距离传输光通信系统的扩展卡尔曼相干接收的性能。
光通信 偏振和相位跟踪 扩展卡尔曼 
光学学报
2014, 34(12): 1206005
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学 深圳研究生院 高速光通信公共服务平台,广东 深圳 518055
基于电吸收调制器,对比分析了无延时干涉仪装置和有延时干涉仪装置条件下波长变换的情形.10 Gb/s归零码光信号波长变换的实验证明,延时干涉仪装置可有效消除变换后光信号的脉冲拖尾,并极大地改善信号的消光比指标.分析了电吸收调制器偏置电压、数据信号功率、变换波长等工作参数对波长变换性能的影响,发现无论有无延时干涉仪装置,均需合理设置偏置电压来优化波长变换信号的接收灵敏度;在-3.0 V偏置电压条件下,有延时干涉仪装置时,灵敏度增益达2.0 dB.
电吸收调制器 延时干涉仪 交叉吸收调制 波长变换 消光比 Electroabsorption modulator Delayline interferometer Crossabsorption modulation Wavelenght conversion Extinction ratio 
光子学报
2014, 43(7): 0723004

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