最新刊期
      2023 年 第 卷 6 期

        特邀

      • 张新全,肖希,余少华
        2023(6): 1-10. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.001
        摘要：微电子技术使电子器件从分立走向集成，带来成本、可靠性、功耗和体积等方面长达几十年的指数级改善，是电子信息技术能够得到广泛应用的关键。当前，电子信息技术正遭遇带宽和能耗等瓶颈制约，摩尔定律步履维艰。光子作为另一种主要的信息载子，具有高带宽、高速率、低功耗和高并行等特性，信息技术的继续进步必须更为倚重光子。但是，光子器件的成本、可靠性和规模生产性等方面严重落后于电子器件。因此，基于电子器件发展的历史经验，我们提出光电子“微电子化”，强调光电子以“集成”为发展轨道，以“光电融合”为发展方向。以集成为发展轨道，是强调光电子需借鉴微电子的经验，以适应现代信息系统对器件的要求。光电子的集成化发展有3个主要特征：一是芯片平台硅基化，二是集成规模稳步提升，三是生产模式向fabless演进。以光电融合为发展方向，是强调光电子需与微电子相互结合，通过两者的器件一体化、功能融合化来共同解决信息技术目前面临的带宽、速率和功耗等挑战，以适应数字孪生和元宇宙等应用的要求。光电融合主要有芯片和系统两个层面，涉及到单片光电集成、光电共封装（CPO）、混合光电集成、设备解汇聚和光电混合计算等。光电子“微电子化”不仅是一种技术发展指引，还将对信息光电子产业形成重要影响。文章从市场、竞争、企业和产品等角度进行了开放式思考，指出其可能引发产业重塑。信息光电子发展的“微电子化”是信息技术继续前进的客观要求。一方面，光子正由传输技术泛化为信息通信技术（ICT）全域的泛在连接技术，宏尺度上从地面进入海洋和太空，微尺度上从架间、板间进入板内、封装内和片内。另一方面，光子将由带宽提供技术泛化为ICT全域的硬件基础技术，从传输和连接进入计算、处理和路由等复杂功能域。光电子的“微电子化”将使光子不仅有潜力而且有能力充分发挥自身优势以支撑信息技术的继续进步。  
        关键词：信息光子;光电子;微电子化;硅光子;光电融合   
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        发布时间：2023-12-07
      • 吴冕,武霖,陶金
        2023(6): 11-31. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.002
        摘要：超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层，其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖，表现出独特的电磁学特性。过去10年来，超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物，超表面更易于被制造和集成到器件中，可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等，但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维（3D）打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造，具有加工便捷和灵活的优点，以及大面积制造的潜力，被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法，然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势，随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作，最后对基于双光子3D打印技术的超表面光器件进行了评论与展望。  
        关键词：超表面;双光子聚合;三维打印;光器件;表面等离激元   
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        发布时间：2023-12-07

        光通信系统与网络技术

      • 代倩,刘艳萍,杨喜敏,唐菀
        2023(6): 32-39. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.003
        摘要：【目的】针对基于位索引显示复制（BIER）的大规模软件定义网络（SDN）组播中，可能存在特定长度的比特串（BitString）无法表示所有BIER转发路由器（BFRs）的问题，文章设计了一种分域分层（HD）-BIER模型，并设计了其构建算法。【方法】HD-BIER模型是由多个小规模子域（SD）组成的多层BIER网络，使BIER在大规模网络中能够支持超过BitString表示容量的设备数量。文章提出的HD-BIER构建算法综合考虑了BitString长度（BSL）限制、节点之间的链路长度与网络的连通性，并基于社区划分算法的思想，引入基于节点相似度的模块度函数作为BIER SD划分结果的评价指标，采用自底向上方式动态构建HD-BIER网络。【结果】仿真实验表明，在节点数量超出BSL的简单和复杂网络中，HD-BIER构建算法均能有效构建突破BSL限制的HD-BIER网络，且所构建的HD-BIER模型在BitString逐层封装和解封的方式下不仅能够保证组播业务数据流的正常传输，还能在此过程中不影响SDN组播通信性能。【结论】仿真结果证明，所提HD-BIER模型为更大规模的网络提供了有效的组播业务支持方案。  
        关键词：软件定义网络;位索引显示复制;组播;节点相似度   
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        发布时间：2023-12-07
      • 李文辉,夏世峰,魏涛,王梅春
        2023(6): 40-44. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.004
        摘要：【目的】光交叉连接（OXC）技术解决了光传送网（OTN）系统电交叉能力不足的部分问题以及固定光分插复用器（FOADM）/可重构光分插复用器（ROADM）板卡间复杂的手工连纤和调度不灵活问题。文章研究了如何在OTN城域网（MAN）中引入OXC技术提升网络的灵活性，并解决了OXC过于集中带来的一些网络安全问题。【方法】文章介绍了OXC技术的优势，综述了现网OTN系统的架构以及承载业务的安全配置模式。通过建立各种OXC应用模型，比较分析了各类模型的灵活性和安全性等。【结果】在现网中进行测试，并总结各类模型评价指标，找出了最优的应用方案。【结论】文章创新地提出了一种基于OXC的全光MAN建设模型以促进OXC技术的应用发展，加强算力间的调度能力，形成算网一体化新型基础设施，为用户提供了低时延、高可靠、端到端的算力连接。  
        关键词：全光城域网;光传送网;光交叉连接;可重构光分插复用器;固定光分插复用器   
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        发布时间：2023-12-07
      • 张旭,邓庆林,陈鹏,李云浩
        2023(6): 45-50. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.005
        摘要：【目的】软件定义网络（SDN）设备规模日益增大，承载的业务越来越多。针对传统光传送网（OTN）设备使用简单网络管理协议（SNMP）采集性能数据不能解决大规模和高性能网络管理的问题，文章提出了基于Telemetry架构的OTN设备性能采集系统。【方法】通过设计分布式数据模型转换和数据编码架构，提高数据转换和编码效率以及采集系统的规模，同时均衡设备算力，设备以秒级周期定时采集并上报性能数据到采集器。【结果】文章对使用SNMP和部署Telemetry系统设备的性能采集能力进行了实验对比分析。【结论】结果表明，系统在数据模型转换和编码、数据传输效率、采集数据的时效性以及数据获取的灵活性方面更有优势，满足SDN对智能运维的要求。  
        关键词：Telemetry技术;光传送网设备;性能数据采集;网络管理   
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        发布时间：2023-12-07
      • 兰健,吴海洋,陈向东,周少卿,侯亚博
        2023(6): 51-56. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.006
        摘要：【目的】围绕建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业战略目标，按照促进先进信息通信技术与先进能源技术深度融合应用，着力提升电力通信网对电网安全运行支撑保障能力的总体要求，苏州电力自2019年起规划建设220 kV保护专用通信网。目前苏州地区220 kV继电保护通道存在抢修时间较长、通信柜位资源占用较多、保护业务和通信业务混合组网等问题，对电网安全运行构成隐患。【方法】文章分析了苏州地区220 kV继电保护通道现状及存在的问题，结合苏州市光通信网络实际情况，提出了采用2 Mbit/s光接口直连保护设备的方式承载继电保护B口通道，并细化了电源改造方案、组网模式、保护业务承载模式和网络管理承载模式。【结果】苏州电力通过定制与继电保护业务匹配的小型专用通信传输设备，利用光纤直达通道和保护专用通信网复用通道的各自特点，建设了一张覆盖所有具有220 kV出线站点的保护专用通信网。【结论】保护专用通信网接入集中传输设备的网管监控继电保护通道，实现了继电保护通道的可观性和可测性，具有故障快速定位、故障隔离和通道迂回等优势，全面提升了继电保护通道的可靠性、独立性、灵活性和运维便利性，取得了显著的应用成效及创新成果，同时，为保护通道“3路由”应用做出了有益的探索。  
        关键词：保护专用通信网;继电保护通道;2 Mbit/s光接口   
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        发布时间：2023-12-07

        光电器件研究与应用

      • 林少衡
        2023(6): 57-63. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.007
        摘要：【目的】针对400 Gbit/s双偏振（DP）-16正交幅度调制（QAM）相干光接收机应用的核心线性跨阻放大器（TIA）实现问题。【方法】文章基于先进锗硅异质结双极型互补氧化物半导体（SiGe BiCMOS HBT）工艺实现了一种64 GBaud双通道差分线性TIA。芯片核心由两路完全相同的信号放大通道组成，以输入放大相干接收的I和Q分量。信号放大通道电路采用全差分电压并联负反馈结构作为核心TIA，采用两级差分可变增益放大器（VGA）级联结构实现进一步信号放大，单端输出阻抗50 Ω的电流模逻辑（CML）缓冲器作为输出级。在输入两端，分别引入了独立的直流恢复（DCR）环路以消除输入信号直流分量及差分输出直流失调，并引入了全差分直流失调消除（DCOC）以消除工艺失配产生的输出直流失调，提高电路线性度。为了提高输入动态线性范围，引入了自动增益控制（AGC）电路以自动根据输入信号强度调节TIA跨阻及VGA增益，避免信号饱和失真；为了优化输出阻抗匹配，减小静电放电（ESD）二极管寄生电容影响，输出级采用了三端口桥式－T网络（T-Coil）电感峰化负载结构，以改善输出回损，提高带宽。芯片采用先进SiGe BiCMOS HBT工艺设计制造，裸片尺寸为1.6 mm×1.8 mm，通道间距为625 μm。芯片搭配结电容Cpd=50 fF的光电二极管（PD）及相干接收光路元器件封装成集成相干接收机（ICR）组件进行测试。【结果】封测结果表明，该芯片小信号跨阻增益为差分5 kΩ，3 dB带宽为32 GHz，总谐波（THD）小于2%，饱和输入功率达到3 dBm，整个芯片由3.3 V单电源供电，静态功耗仅为250 mW。【结论】芯片可用于64 GBaud的相干接收应用，配合DP-16QAM调制，可实现单波400 Gbit/s传输应用。  
        关键词：64 GBaud;差分线性跨阻放大器;可变增益放大器;三端口桥式－T网络;锗硅异质结双极型互补氧化物半导体   
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        发布时间：2023-12-07

        无线通信技术

      • 张腾霄,邱杨
        2023(6): 64-71. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.008
        摘要：近年来，随着“海洋强国”战略的不断推进，水下无线光通信（UWOC）因其带宽大、速率快、功耗低和安全性高等优点在海洋军事应用、水下环境监测、海底石油勘探和海洋科学研究等领域发挥着重要作用，已成为一项可行的新型水下通信技术。UWOC中的定位技术作为UWOC应用的基础，水下目标检测和移动物体跟踪等技术的关键环节，受到了相关研究者的青睐。文章详细介绍了UWOC的发展与相关研究成果，分析讨论了不同类型的UWOC定位方法，并对其研究现状、当前所面临的挑战以及未来的发展前景进行了论述。  
        关键词：水下无线光通信;距离测量;定位技术;定位精度;锚节点   
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        发布时间：2023-12-07
      • 李雨泽,李心安
        2023(6): 72-76. DOI: 10.13756/j.gtxyj.2023.06.009
        摘要：在车辆到基础设施（V2I）通信中，毫米波波束宽度窄、设备移动性高，有效的毫米波波束选择是一项关键而又富有挑战性的任务。针对波束搜索过程开销大的问题，文章提出了一种基于雷达和位置信息的毫米波波束选择算法。所提算法使用Top-k分类度量在激光雷达数据和波束跟踪通道数据集上训练神经网络结构，并且使用全局上下文网络（GCNet）模型预测最佳波束对。仿真结果表明，所提算法性能在分类识别准确率上有明显提升，与此同时，仅需搜索5个波束便能接近穷举搜索的性能，大大减少了波束搜索开销。  
        关键词：毫米波;波束选择;机器学习;神经网络;GCNet   
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