1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。
部分相干光场 矢量光场 光场调控 相干与偏振 光场相干结构调控 光学学报
2024, 44(10): 1026007
Author Affiliations
Abstract
1 Aerospace Laser Technology and Systems Department, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Shanghai Typhoon Institute, China Meteorological Administration, Shanghai 200030, China
A method of spectrum estimation based on the genetic simulated annealing (GSA) algorithm is proposed, which is applied to retrieve the three-dimensional wind field of typhoon Nangka observed by our research group. Compared to the genetic algorithm (GA), the GSA algorithm not only extends the detection range and guarantees the accuracy of retrieval results but also demonstrates a faster retrieval speed. Experimental results indicate that both the GA and GSA algorithms can enhance the detection range by 35% more than the least squares method. However, the convergence speed of the GSA algorithm is 17 times faster than that of the GA, which is more beneficial for real-time data processing.
coherent Doppler lidar three-dimensional wind field retrieval genetic simulated annealing algorithm spectrum estimation typhoon Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040101
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of EMW Information (MoE), Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Department of Communication Science and Engineering, Shanghai ERC of LEO Satellite Communication and Applications, Shanghai CIC of LEO Satellite Communication Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
3 Department of Electronic Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China
4 School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Increasing bandwidth requirements have posed significant challenges for traditional access networks. It is difficult for intensity modulation/direct detection to meet the power budget and flexibility requirements of the next-generation passive optical network (PON) at 100G and beyond considering the new requirements. This is driving researchers to develop novel optical access technologies. Low-cost, wide-coverage, and high-flexibility coherent PON is emerging as a strong contender in the competition. In this article, we will review technologies that reduce the complexity of coherent PON (CPON), enabling it to meet the commercial requirements. Also, advanced algorithms and architectures that can enhance system coverage and flexibility are also discussed.
access network coherent optics flexible data rate low complexity wide dynamic range Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 040604
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 北京邮电大学电子工程学院，北京 100876
3 中国科学院大学光电学院，北京 100049
4 齐鲁空天信息研究院，山东 济南 250101
5 中国地质大学（北京）数理学院，北京 100083
6 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
激光相干合成技术是在遥感和通信等领域中能够同时提升激光功率和保持光束质量的有效技术。其中填充因子是影响激光相干合成和衡量相干合成阵列的重要因素。然而，它却不是完备的。因此，提出采用平面波前畸变量（PWD）作为评估激光相干合成性能的综合参数，该参数综合考虑了光束质量、阵列对准、元件制造误差以及其他因素。通过理论推导平面波前畸变量的表达式，分析该参数对系统合成效率的影响，进一步的仿真和实验测量结果表明，平面波前畸变量可以用于反映激光相干合成的综合效率高低，与桶中功率呈负相关。研究结果表明波阵面调制相干光束组合技术在多孔径激光阵列相干组合系统的实际应用中具有潜在的科学价值。
相干合成 填充因子 桶中功率 激光阵列 波前 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706004
Author Affiliations
Abstract
1 National University of Defense Technology, College of Advanced Interdisciplinary Studies, Changsha, China
2 National University of Defense Technology, Nanhu Laser Laboratory, Changsha, China
3 National University of Defense Technology, Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha, China
Orbital-angular-momentum (OAM) multiplexing technology offers a significant dimension to enlarge communication capacity in free-space optical links. The coherent beam combining (CBC) system can simultaneously realize OAM multiplexing and achieve high-power laser output, providing substantial advantages for long-distance communication. Herein, we present an integrated CBC system for free-space optical links based on OAM multiplexing and demultiplexing technologies for the first time, to the best of our knowledge. A method to achieve flexible OAM multiplexing and efficient demultiplexing based on the CBC system is proposed and demonstrated both theoretically and experimentally. The experimental results exhibit a low bit error rate of 0.47% and a high recognition precision of 98.58% throughout the entire data transmission process. By employing such an ingenious strategy, this work holds promising prospects for enriching ultra-long-distance structured light communication in the future.
orbital angular momentum coherent beam combining free-space optical communication bit error rate Advanced Photonics Nexus
2024, 3(3): 036003
复旦大学信息科学与工程学院电磁波信息科学教育部重点实验室，上海 200433
为了在保持帧结构完整性的同时，低代价地传输管理和控制信号，提出面向高速频分复用相干无源光网络（FDM-CPON）的两种传输管理和控制信号传输机制，即数字端辅助管理和控制通道（AMCC）和数据通道的相加和相乘。通过将AMCC传输的通断键控（OOK）信号映射为数据通道信号幅值的变化，完成数据通道信号幅值再调制，成功将AMCC与数据通道相结合，实现了管理和控制信号与数据通道信号的同步传输。实验结果表明，在基于16QAM传输20 km光纤的200 Gbit/s FDM-CPON系统中，当AMCC的带宽和调制因子（MI）相同时，乘性AMCC对于信号性能的影响更小，自身传输信号的质量也更高。在AMCC的MI为26.1%、带宽为24.4 MHz时，乘性AMCC对信号灵敏度的惩罚比加性AMCC小3 dB。以上研究为未来高速相干频分复用无源光网络AMCC传输与系统设计提供重要参考。
光通信 相干无源光网络 相干光通信 光纤通信 频分复用 辅助管理和控制通道
西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
【目的】相干光通信是一种高速、高质量和高保密的通信方式，而相干检测在相干光通信中有着极其重要的作用。高灵敏度的相干检测系统可以大幅提升相干光通信的距离，通过研究影响相干检测灵敏度的因素可以针对性地做出校正，从而提高检测的灵敏度。
【方法】文章简要阐述了相干检测的原理，总结了该领域的国内外研究进展，分析了无线光相干检测系统产生的热噪声、散粒噪声、波前畸变、偏振失配角、光斑尺寸偏差和光轴偏转、耦合效率、探测器的性能和前置光放大器等方面对相干检测灵敏度的影响。
【结果】结果表明，系统的热噪声和散粒噪声对检测灵敏度的影响可以通过控制本振光功率使其达到最小；信号光的波前畸变可以通过增加自适应校正系统来抑制；信号光与本振光的偏振失配角可以采用偏振控制补偿装置来补偿；光斑尺寸偏差和光轴偏转需要提高硬件的加工水平来减小这种误差；使用新型的探测器可以在一定程度上提升探测器的性能；前置光放大器能够对微弱的信号光进行放大，对提升检测灵敏度十分重要。
【结论】文章分析了影响无线光相干检测灵敏度的因素，总结了近年来国内外学者提高检测灵敏度的方法，为实际应用中检测系统灵敏度的提升提供了理论参考，对相干光通信系统性能的提升有着重要的意义。
无线光通信 相干检测 检测灵敏度 混频效率 wireless optical communication coherent detection detection sensitivity mixing efficiency 光通信研究
2024, 50(2): 23008101
南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，南京 210046
【目的】文章进行仿真研究实验的目的是提高正交频分复用（OFDM）—波分复用（WDM）光纤通信系统的性能，为此提出了正交分组子载波幅度整形（QGSAS）双相位共轭孪生波（dual-PCTW）方案以抑制该类系统的非线性效应，并搭建多种不同条件下的仿真系统以探究该方案的性能。
【方法】具体的实验方法为：利用Matlab和Optisystem两种软件混合编程，在16和64进制正交幅度调制（QAM）格式下，选取两种QGSAS方案（正弦幅度整形和矩形幅度整形），搭建了3种维度（偏振域、子载波域和时域）的QGSAS dual-PCTW OFDM系统，共涉及12种组合形式。
【结果】通过仿真分析不同方案下的系统误码率，结果表明：QGSAS dual-PCTW方案可有效提高系统对非线性效应的容忍度；在讨论的几种组合方案中，16QAM下时域方案的dual-PCTW技术对系统有最佳的性能改善；应用QGSAS技术时，矩形幅度整形方案性能优于正弦幅度整形方案。
【结论】因此可以得到结论：在文章所提方案中，矩形幅度整形方案结合16QAM下的时域方案dual-PCTW技术，可以最有效地抑制OFDM-WDM系统的非线性效应。
相干光通信 正交频分复用 双相位共轭孪生波 正交分组子载波幅度整形 非线性效应 coherent optical communication OFDM dual-PCTW QGSAS nonlinear effect 光通信研究
2024, 50(2): 22005301
烽火通信科技股份有限公司 宽带业务产出线，武汉 430074
50 Gbit/s无源光网络（PON）标准已趋于完善，后50 Gbit/s PON时代的技术标准尚属空白，亟待开展相关研究以推动整个产业链从系统、模块和芯片等方面提前进行布局。文章判断单波长200 Gbit/s速率和相干技术将会是继50 Gbit/s PON之后下一代PON系统的两大关键特征。单波长200 Gbit/s速率对运营商具备更大的吸引力，而强度调制/直接检测（IM/DD）技术难以持续满足200 Gbit/s速率下系统对Class C＋等级功率预算的要求，需要采用灵敏度更高的相干技术。然而PON系统是一种典型的点对多点（P2MP）拓扑架构，将相干技术下沉到PON还有许多关键技术需要攻克，其中，涉及PON系统设备和媒体访问控制（MAC）芯片的架构重构、相干PON光模块的单纤双向（Bi-Di）技术改造、突发模式的相干发送与接收技术以及相干PON系统的波长管控技术。时分复用（TDM）仍然是实现P2MP传输的推荐方式，在TDM基础之上可以叠加新的复用维度，例如子载波复用（SCM）。新复用维度的引入给PON系统带来了灵活性，但同时也增加了设计的复杂度，将会颠覆当前的PON系统架构。叠加了SCM的相干PON系统将不再采用数字化接口方式与光模块进行连接，光模块本身需要具备高度线性驱动和调制能力。此外，用户侧光模块需要具备瞬时开关能力，以避免对其他用户造成干扰，因此需要开发新型的支持突发控制功能的相干光芯片。考虑到上行P2MP的突发相干接收环境，需要从系统层面实现对多个用户激光器的波长管控，避免上行方向因多用户波长快速切换造成的局端频偏估算偏差问题。综上，将相干技术应用于PON将会是一个全新的复杂系统工程，难以直接继承现有相干系统架构，需要匹配P2MP的应用需求，从芯片、模块和设备多个方面实现技术创新。
相干技术 50 Gbit/s无源光网络 时分复用 突发模式 coherent technology 50 Gbit/s PON TDM burst mode 光通信研究
2024, 50(1): 23016701
光通信研究
2024, 50(1): 23016201
