应用科学学报

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2020, 38(4): 0-0.

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光通信技术作为信息时代的核心支柱，是推动新一代信息技术革新及产业应用发展的重要引擎，在超高速、超大容量、超长距离传输和智能化等领域的发展方兴未艾。为系统展示我国在光纤通信技术领域最新发展成果，《应用科学学报》编辑部组织出版了“光纤通信技术专辑（1）”，邀请在学术界有重要影响的权威学者围绕光电材料、特种光纤、光子器件、光纤传输系统、光网络工程及应用等领域的科学问题与关键技术，介绍前沿进展和最新科研成果。
广东工业大学广东省光子学信息技术重点实验室王云才教授和太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室王安帮教授团队的《经典物理层高速密钥分发研究进展》一文，详述了光纤激光器参数随机选择、物理不可克隆函数、光纤信道噪声、混沌激光同步等四种方案的基本原理及主要研究进展，指出了混沌激光同步密钥分发方法最具高速率潜力，并分析了该方案尚需解决的关键科学问题。
中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室胡丽丽研究员团队长期从事稀土掺杂玻璃和光纤的研制，《近红外超宽带光纤放大的研究进展》一文介绍了国内外掺Bi光纤、Bi/Er共掺光纤、量子点掺杂光纤等在超宽带放大方面的最新研究成果，展望了超宽带放大材料的未来研究方向。
《多维光纤通信系统性能监测技术》一文重点介绍了色散参量监测、非线性参量监测、调制格式参量监测等多个参量监测的研究现状，讨论并分析了多维光纤通信系统性能监测技术的发展趋势。西南交通大学信息光子与通信研究中心闫连山教授团队认为：未来性能监测技术将朝着精细化、一体化、智能化、多参量同步监测等方向发展。
华中科技大学武汉光电国家研究中心王健教授团队在《基于传统光纤的涡旋光复用通信研究进展》一文中回顾了传统光纤中涡旋光复用通信的研究进展，介绍了光纤中不同模式基的特征和用于传统光纤模分复用传输的性能，重点介绍了传统单模光纤和多模光纤中支持涡旋模式的特性，随后详述了基于传统多模光纤的涡旋光复用通信以及利用其他模式基复用通信的研究进展，最后进行了展望和总结。
增益光纤在太空辐照环境中会引起辐照损伤导致激光放大性能下降甚至失效，严重制约其在空间光通信领域的应用。中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室郭海涛研究员团队的《空间光通信用耐辐照掺铒/铒镱共掺光纤研究进展》一文，介绍了太空辐照环境中辐照导致光纤性能下降的现象与问题，并从辐照效应的产生机理、影响光纤耐辐照性能的因素、辐照加固方法三方面详细阐述了耐辐照掺铒和铒镱共掺光纤的研究进展，最后对其未来的研究趋势进行了展望。
混沌激光具有宽频谱、类噪声的特点，已广泛应用于通信、传感和激光雷达等领域。《混沌半导体激光器研究进展》一文系太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室张明江教授团队研究成果，综述了近年来在混沌激光带宽增强、时延特征抑制和集成化混沌激光器方面的研究进展，并对混沌半导体激光器的发展趋势和应用前景进行展望。
《下一代光接入网中物理层关键技术研究进展》一文系上海大学特种光纤与光接入网重点实验室汪敏教授团队在此领域长期研究积累的成果，文中梳理并总结了光接入网中物理层关键技术的研究进展，介绍了PON标准的演进和现状，分析了下一代PON面临的挑战和成因，重点阐述了数字均衡技术、高阶调制格式、光放大、前向纠错、非线性串扰实验分析以及低成本相干检测等关键技术及其研究进展，并综述了当前工作的研究成果。
高速光电子器件是大容量光通信系统和宽带微波光子系统的基础，研究器件的高频响应测量具有重要的意义。电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室刘永教授和张尚剑教授团队的《基于移频外差的高速光电子器件自校准高频分析》一文，基于光外差理论提出了移频外差方法用于实现光域光谱到电域电谱的映射，在电域获得光谱和电谱的联合分析，不需要额外的电/光和光/电校准，实现了高速马赫-曾德尔调制器、相位调制器和光电探测器的自校准高频测试，获得了马赫-曾德尔调制器的调制系数、半波电压和啁啾参数、相位调制器的调制系数、半波电压以及光电探测器的响应度等多种高频参数。
《多波段线性调频傅里叶域锁模光电振荡器》一文提出了一种基于傅里叶域锁模光电振荡器的多波段可重构线性调频信号产生方案，可以实现傅里叶域锁模，并在光电振荡器内自激振荡产生多波段线性调频微波信号。因结构简单、成本低且无需借助外部高速基带线性调频微波源的特点，这种新型多波段线性调频微波信号源在先进多波段雷达、多业务泛在接入无线通信等系统中具有良好的应用前景。此文系中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室李明研究员团队研究成果，此技术值得关注。
《基于抗非线性SVM的几何整形可见光通信系统》一文系复旦大学电磁波信息科学教育部重点实验室迟楠教授团队在其多年工作基础上，为解决非线性效应给高速可见光通信系统性能提升带来的瓶颈问题，提出了将支持向量机监督学习算法应用于几何整形可见光通信系统接收信号星座点的分类判决，将信号的同向分量、正交分量作为特征向量，建立最优分类界面，以降低非线性条件下星座点变形带来的符号误判。
以上10篇论文反映了国内外有关领域研究的最新进展，均具有很高的参考价值，也衷心希望《应用科学学报》的光通信技术等专辑越办越好，继续积极响应“把论文写在祖国的大地上”的号召，进一步服务于国家新一代信息技术的发展。

经典物理层高速密钥分发研究进展

高华, 王安帮, 王云才

2020, 38(4): 507-519. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.001

摘要 ( 1308 )

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信息加密传输是网络空间安全的核心问题，根据香农“一次一密”理论，安全加密要求随机密钥安全分发.随着光通信速率的不断提高，信息加密传输亟需高速密钥分发技术.近年来，研究者不断探索基于经典物理方法的密钥分发技术，以期实现与现有通信网络相兼容的高速密钥分发.目前，主要方法包括光纤激光器参数随机选择、物理不可克隆函数、光纤信道噪声和混沌激光同步等.该文介绍了上述4种方案的基本原理及主要研究进展，指出了混沌激光同步密钥分发方法最具高速率潜力，并分析了这个方案尚需解决的关键科学问题.

近红外超宽带光纤放大的研究进展

焦艳, 邵冲云, 胡丽丽

2020, 38(4): 520-541. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.002

摘要 ( 1212 )

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随着光通信的飞速发展，扩大光纤放大器的增益带宽成为亟待解决的问题.然而，目前常规光纤放大器的增益带宽满足不了通信容量的需求，这给光通信发展带来严峻的挑战.该文简要介绍了掺Bi光纤、Bi/Er共掺光纤和量子点掺杂光纤等超宽带放大方面的最新研究成果，展望了超宽带放大材料的未来研究方向.

多维光纤通信系统性能监测技术

蒋林, 易安林, 盘艳, 闫连山, 潘炜, 罗斌

2020, 38(4): 542-558. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.003

摘要 ( 1089 )

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目前光纤通信系统正朝着超高速、大容量、动态化方向快速发展，新的维度和复用方式以及更加复杂的体系架构对光纤传送网安全可靠运行提出了巨大的挑战.多维光纤通信系统中的性能监测技术能对系统所受损伤进行监测与预警，为自适应补偿、传输质量评估和网络资源优化等提供信息来源和管理依据，对提升光纤传送网运行和管理水平具有重要的科学意义和社会意义.该文首先重点介绍色散参量监测、非线性参量监测、调制格式参量监测等多个参量监测的研究现状，随后讨论并分析了多维光纤通信系统性能监测技术的发展趋势.未来性能监测技术将朝着精细化、一体化、智能化、多参量同步监测等方向发展.

基于传统光纤的涡旋光复用通信研究进展

王健, 陈诗

2020, 38(4): 559-578. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.004

摘要 ( 1205 )

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大数据时代的飞速发展给光通信系统带来了巨大的压力和挑战，高速大容量光通信成为发展的必然趋势.随着光波传统物理维度资源的开发利用趋于极限，基于横向空间维度的涡旋模式复用技术在提升传输容量方面备受瞩目.除了各种特殊设计的环形结构光纤外，广泛铺设的传统光纤也能够支撑涡旋模式复用通信.该文回顾了传统光纤中涡旋光复用通信的研究进展，首先介绍了光纤中不同模式基的特征和用于传统光纤模分复用传输的性能，其次重点介绍了传统单模光纤和多模光纤中支持涡旋模式的特性，随后详述了基于传统多模光纤的涡旋光复用通信以及利用其他模式基复用通信的研究进展，最后进行了展望和总结.

空间光通信用耐辐照掺铒/铒镱共掺光纤研究进展

折胜飞, 梅林, 周振宇, 侯超奇, 郭海涛

2020, 38(4): 579-594. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.005

摘要 ( 1580 )

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掺铒和铒镱共掺光纤放大器具有抗电磁干扰、紧凑轻质、电光转换效率高、免调试维护等优势，在空间光通信系统中发挥着重要作用.然而，当光纤放大器长时间暴露在地球空间轨道恶劣的辐照环境中时，会受到宇宙中带电粒子和高能电磁辐射的综合作用，尤其是增益光纤在辐照环境会引起辐照损伤导致激光放大性能失效，严重制约它在空间光通信领域的应用.该文简要介绍了太空辐照环境中辐照导致光纤性能下降的现象与问题，然后从辐照效应的产生机理、影响光纤耐辐照性能的因素、辐照加固方法三方面详细阐述了耐辐照掺铒和铒镱共掺光纤的研究进展，最后对其未来的研究趋势进行了展望.

混沌半导体激光器研究进展

乔丽君, 杨强, 柴萌萌, 卫晓晶, 张建忠, 徐红春, 张明江

2020, 38(4): 595-611. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.006

摘要 ( 1586 )

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混沌激光具有宽频谱、类噪声的特点，已广泛应用于通信、传感和激光雷达等领域.半导体激光器因体积小、性能稳定、成本低等优势而成为产生混沌激光的主要光源.传统光反馈混沌半导体激光器信号带宽窄，存在时延特征，且大多为分立器件构成的系统.针对以上问题，综合介绍了近年来在混沌激光带宽增强、时延特征抑制和集成化混沌激光器方面的研究进展，并对混沌半导体激光器的发展趋势和应用前景进行展望.

下一代光接入网中物理层关键技术研究进展

骆思雨, 许岩, 李正璇, 宋英雄, 汪敏

2020, 38(4): 612-629. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.007

摘要 ( 1421 )

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5G和数据密集型应用的兴起对下一代光接入网的容量提出了新的挑战.作为最成熟的宽带光纤接入技术，无源光网络（passive optical network，PON）受到了广泛关注.为了在满足功率预算的前提下实现更高的传输速率，提升物理层性能的关键技术一直是该领域的研究热点，同时尽可能地降低系统成本对PON的大规模部署有着重大意义.该文梳理并总结了光接入网中物理层关键技术的研究进展.介绍了PON标准的演进和现状，分析了下一代PON面临的挑战和成因，重点阐述了数字均衡技术、高阶调制格式、光放大、前向纠错、非线性串扰实验分析以及低成本相干检测等关键技术及其研究进展，并综述了当前相关工作的研究成果.

基于移频外差的高速光电子器件自校准高频分析

张尚剑, 王梦珂, 张雅丽, 张旨遥, 刘永

2020, 38(4): 630-639. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.008

摘要 ( 1148 )

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高速光电子器件是大容量光通信系统和宽带微波光子系统的基础，器件的高频响应测量对于实现电光和光电转换具有重要的意义.为此，基于光外差理论提出了移频外差方法用于实现从光域光谱到电域电谱的映射，在电域获得光谱和电谱的联合分析.实验中，通过配置电域谱线的频率关系，利用移频外差将所需光载波和边带从光域映射到电域，实现了高速马赫-曾德尔调制器、相位调制器和光电探测器的自校准高频测试，获得了马赫-曾德尔调制器的调制指数、半波电压和啁啾参数、相位调制器的调制指数、半波电压以及光电探测器的响应度等多种高频参数.结果表明，该方法具有宽频段、高分辨率、多参数、自校准测试的优点.

多波段线性调频傅里叶域锁模光电振荡器

郝腾飞, 石暖暖, 李伟, 祝宁华, 李明

2020, 38(4): 640-646. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.009

摘要 ( 1316 )

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提出了一种基于傅里叶域锁模光电振荡器（Fourier domain mode-locked optoelectronic oscillator，FDML OEO）的多波段可重构线性调频信号产生方案.在该方案中，由扫频多波长激光器、相位调制器和光陷波滤波器等构成FDML OEO的核心单元——快速扫频的多通带微波光子滤波器.将扫频多通带微波光子滤波器的扫频周期和FDML OEO的环腔延时同步，可实现傅里叶域锁模，从而在FDML OEO腔内自激振荡产生多波段线性调频微波信号.与传统的基于高速基带线性调频微波源的微波光子多波段线性调频信号产生方案相比，该方案结构简单，成本低，不需要借助外部的高速基带线性调频微波源.此外，FDML OEO所产生的多波段线性调频信号的带宽和中心频率均宽带可调.该新型多波段线性调频微波信号源在先进多波段雷达、多业务泛在接入无线通信等系统中具有良好的应用前景.

基于抗非线性SVM的几何整形可见光通信系统

迟楠, 牛文清, 贾俊连, 哈依那尔

2020, 38(4): 647-658. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2020.04.010

摘要 ( 1269 )

PDF (20681KB) ( 102 )

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非线性效应限制是高速可见光通信系统性能提升的一大瓶颈问题，为此提出将支持向量机（support vector machine，SVM）监督学习算法应用于几何整形可见光通信系统接收信号星座点的分类判决，将信号的同向分量和正交分量作为特征向量，建立最优分类界面，以降低非线性条件下星座点变形带来的符号误判，同时比较几种几何整形设计的性能.仿真分析和实验结果表明，SVM提升了非线性条件下系统的性能，在数据速率为1.2 Gbit/s的高速可见光通信传输中，圆-169几何整形16正交幅度调制（quadrature amplitude modulation，QAM）的符号误码性能最优.

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