特邀稿件

• 2.5D/3D硅基光电子集成技术及应用

  欧祥鹏;杨在利;唐波;李志华;罗军;王文武;杨妍;

  全球网络流量急速增长，数据传输所需带宽和能源消耗也随之快速增加，传统电子信息互联架构已无法满足日益增长的带宽和节约能耗的需求。硅基光电子技术具有带宽高、能耗低并且可以利用成熟的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术将光子集成电路和电子集成电路大规模集成在硅衬底上等优势，能满足下一代数据传输系统的迫切需求。2.5D/3D硅基光电子集成技术可以有效缩短光芯片和电芯片之间电学互连长度、减小芯片尺寸，从而减小寄生效应、提高集成密度和降低功耗。文章介绍了硅基光电子集成技术的不同方案和最新进展，并展望了硅基光电子芯片结合2.5D/3D集成技术在数据通信、激光雷达、生化传感以及光计算等领域的应用前景。

  2023年01期 No.235 1-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 2044K]
  

光通信系统与网络技术

• 光子脉冲神经网络研究历程与展望

  柯特;朱盈;彭楚宇;胡晓;肖希;

  人工神经网络(ANN)学科的发展推动了信息处理技术的进步，目前，被称为第3代ANN的脉冲神经网络(SNN)以其更具生物可解释性，更适合ANN硬件实现的优势受到业界的广泛关注，并已成功应用于模式识别、医学成像和智能控制等多个领域。受制于“后摩尔时代”电子芯片的制程不断接近极限以及冯·诺依曼体系“存算分离”带来的性能瓶颈，低时延、低能耗、高带宽和高并行性的光子计算方案应用于SNN的硬件实现成为信息处理领域多学科融合的热门课题。文章介绍了光子SNN的起源，利用光学器件的特性实现神经元的行为和突触连接强度的变化进而实现SNN的研究历程和多种实现方案，总结了光子SNN目前存在的瓶颈和挑战，展望了光子SNN的未来发展趋势。

  2023年01期 No.235 17-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 2178K]
  

• 卫星激光网络应用技术研究

  张德鹏;俞研;王悦;

  卫星互联网的快速发展，使得带宽及频谱资源的紧缺问题日益凸显。卫星激光通信大带宽及无频谱约束的特点，使其成为缓解射频资源紧张和提升通信带宽的有效手段。文章通过对国内外卫星激光通信发展的调研，总结出该领域未来的技术发展趋势，同时针对所涉及的网络重构和高效编码等关键技术进行了设计与仿真验证，为我国卫星激光通信的研究提供了理论与技术参考。

  2023年01期 No.235 32-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2155K]
  

• 基于深度神经网络的IMDD系统光性能监测技术

  刘军;李伯中;陈芳;李子凡;郭莹;孙雨潇;邓春雪;张儒依;王英旭;

  在先进高速光纤通信系统中，密集波分复用技术的引入使得信号频谱间隔越来越窄，传统的带外光信噪比(OSNR)监测技术不再准确，需要进一步研究低成本的带内OSNR监测方案。文章提出了一种基于深度神经网络(DNN)的直调直检(IMDD)系统链路OSNR监测方案，采用550 000组数据集训练的5层DNN结构，在5～15 dB范围内，成功估计出了2 GBaud开关键控(OOK)信号的OSNR,平均绝对误差(MAE)小于0.8 dB。文章所提方案有望作为一种高效低成本方案，助力光网络智能运维。

  2023年01期 No.235 42-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1681K]
  

• 利用光反馈VCSEL模式跳变产生随机数

  张玉岭;李璞;夏志强;陈超杰;马荔;徐兵杰;

  近年来，在物理随机数生成速率的提高方面取得了很大的研究进展，但仍存在产生过程复杂和体积庞大等缺陷。针对该问题，文章从理论上提出了利用光反馈下垂直腔面发射激光器(VCSEL)模式跳变产生随机数的方案。通过光反馈扰动使VCSEL产生模式跳变，再由方波信号对注入电流进行调制，周期性重启VCSEL使其由非激射状态切换到模式跳变状态，最终输出随机脉冲序列实现随机数的产生。研究结果表明，具有通过随机性验证的无偏随机数能够以Gbit/s量级的速率连续产生。文章所提方案消除了对光/电转换和后处理操作的需求，简化了当前随机数的产生结构，且具有实现低成本光子集成随机数发生器的潜力。

  2023年01期 No.235 47-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1920K]
  

• 光纤分布式传感系统在变电站维护中的应用

  柏彬;俞越中;赵会龙;卢胤;朱磊;马文亮;

  变电站在日常运行过程中，气体绝缘开关(GIS)设备若发生击穿故障，将会导致变电站电力供应暂停，国民生产和生活难以得到保障。文章针对GIS设备发生击穿故障后，如何快速有效地定位故障设备进行了探讨，提出将光纤分布式声传感系统(DAS)与机器学习方法中支持向量机(SVM)相结合，能够实现故障发生位置定位，利于故障的排除，利于运行风险的降低，同时对及时恢复变电站电力供应具有重要意义。

  2023年01期 No.235 53-57+78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1822K]
  

光电器件研究与应用

• 基于受激布里渊散射效应的光谱分析

  郭丽君;谭中伟;

  光学滤波器应用广泛，在许多应用中至关重要，包括光通信、光谱学、电子学和光学传感器等领域。而基于受激布里渊散射(SBS)效应的微波光子滤波器(MPF)不仅具有低阈值和高增益等优点，而且还具有可重构和可调谐的特性。文章将其应用在光谱分析中，利用该滤波器的可调谐性，使其扫描整个待测信号的光谱，就能对待检测光谱的不同频率成份进行分时提取检测。通过设置该滤波器泵浦支路中扫频激光器的中心频率，在泵浦激发产生SBS效应后，用光谱分析仪测出滤波器每次的输出功率，从而分析得出待测信号的光谱。研究结果表明，随着泵浦功率的增加，滤波器的增益和带外抑制比(OOBR)先逐渐增高，然后降低，拐点在泵浦功率为5 dBm左右，且滤波器的动态范围为-35～-20 dBm。

  2023年01期 No.235 58-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 1727K]
  

• 550 K高温下激光器腔面温度的影响研究

  杨振强;贾华宇;孙元新;罗飚;

  针对激光器长期高温工作时腔面温度急剧升高产生灾变性光学损伤(COD)的问题，文章提出在半导体激光器腔面处加入Al_2O_3膜和陶瓷隔热共同作用，其可以降低激光器腔面温度，防止COD的产生。文章首先建立了半导体激光器简化模型分析固体传热。然后对550 K高温下无镀膜无隔热结构、有镀膜无隔热结构、无镀膜有隔热结构及镀膜与隔热结构共同作用时激光器模型的腔面温度进行仿真。其中镀膜选用Al_2O_3,隔热结构选用陶瓷隔热，腔面材料选用GaAs,热沉选用Cu热沉，接触层选用AlGaAa。4组对比实验结果表明，镀膜与隔热结构共同作用时，能将激光器的腔面温度控制在393.15 K以下。550 K高温在激光器腔面处镀膜和隔热结构双重作用下，能够有效防止COD产生，提高激光器的使用寿命。

  2023年01期 No.235 63-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1813K]
  

• 基于QSFP封装的SFP5650 Gbit/s 40 km光模块研究

  何保峰;曹珍;赵聪;王峰;

  现如今处于第五代移动通信技术(5G)网络发展建设的重要阶段，前传网建设中带宽需求大、光模块成本高和铺设难度大等问题亟待解决。已知四通道小型可插拔(QSFP)封装具有4个通道，而传统的QSFP28 50 Gbit/s光模块设计方案只使用了其中的两个通道。文章选用比QSFP封装更小的小型可插拔(SFP)封装制成50 Gbit/s光模块，底面积减小了40.5%,体积减小了52.2%,功耗减少了42.1%,传输相同距离光模块成本减少了73.4%。使用4阶脉冲幅度调制(PAM4)技术实现25 Gbit/s光器件传输50 Gbit/s信号，达成了单波长速率翻倍。通过对比测试，常温发射机色散眼图闭合四相(TDECQ)减小了20.5%,灵敏度提高了0.6 dB,且其余各项参数均满足电气与电子工程师协会(IEEE) 802.3cd中50 GE以太网的相关要求，能够稳定进行40 km信息传输。

  2023年01期 No.235 68-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 2034K]
  

• 基于二维光子晶体的双谐振腔6通道WDM设计

  苏慕阳;李支新;吴聪;钟亮;孙晶;

  针对全光通信网络容量和频谱效率问题，文章提出了一种基于二维(2-D)光子晶体点缺陷谐振腔与线缺陷波导耦合特性的双谐振腔6通道波分复用器(WDM)。运用2-D时域有限差分法进行性能参数分析，考虑相对折射率的影响，选择双谐振腔和单个直波导耦合的方式，实现了1 451、1 487、1 557、1 658、1 440和1 604 nm 6波长的波分复用。实验结果表明，该WDM具有高达218 nm的光谱覆盖范围，各通道的传输效率均高于91%,插入损耗均小于0.43 dB,通道间串扰均小于-9.2 dB,且大小也只有13.56μm×19.21μm,对光通信系统中粗波分复用非常有用，对于密集波分复用也有参考意义。

  2023年01期 No.235 73-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 2143K]
  
下载本期数据