这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
本研究由William Shieh、Chuanbowen Sun和Honglin Ji共同完成，他们均来自澳大利亚墨尔本大学电气与电子工程系。研究发表于2020年的《Light: Science & Applications》期刊，该期刊是CIOMP（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）的官方期刊，ISSN为2047-7538。
研究领域为光纤通信中的直接检测技术。随着数据中心互连（DCIs）等短距离应用的快速发展，光纤通信中的色散（chromatic dispersion）引起的功率衰减问题日益突出。传统的强度调制直接检测（IM/DD）系统由于无法恢复光场信息，难以通过数字方式补偿色散，限制了传输距离。为了解决这一问题，研究者提出了多种能够恢复光场的直接检测方案，如Kramers-Kronig（KK）接收机和信号-信号拍频干扰（SSBI）迭代消除（IC）接收机。然而，这些方案均受限于单边带（SSB）调制格式，导致电频谱效率（SE）减半，且SSB调制存在噪声折叠问题，需要精确的光学滤波器，增加了接收机设计的复杂性。因此，研究双边带（DSB）调制信号的直接检测光场恢复技术具有重要意义。
本研究提出了一种名为“载波辅助差分检测”（Carrier-Assisted Differential Detection, CADD）的新型接收机方案，首次实现了通过直接检测恢复复杂DSB信号的光场。研究流程包括以下几个步骤：
CADD接收机架构设计
CADD接收机的核心思想是通过引入载波来获取载波-信号拍频项，从而恢复光场。接收机架构包括一个光学耦合器、一个光学延迟器和三个光电探测器（PD）。输入信号由载波和信号组成，经过光学耦合器分为两路，其中一路经过时间延迟τ后进入光电探测器，另一路则直接进入平衡光电探测器（BPD）。通过对比两路信号，接收机可以提取出所需的线性信号项。
信号处理与迭代消除
通过傅里叶变换和迭代算法，接收机可以逐步消除信号-信号拍频干扰（SSBI）。具体来说，研究采用正交频分复用（OFDM）调制格式，并在零频率附近插入一个小频率间隙，以减轻SSBI的影响。通过多次迭代，SSBI被有效消除，最终恢复出光场信息。
系统性能优化
研究通过调整光学延迟、频率间隙和载波-信号功率比（CSPR）等参数，优化了CADD接收机的性能。实验结果表明，光学延迟为60 ps、频率间隙为10%、CSPR为8 dB时，接收机性能达到最优。
电频谱效率提升
与KK接收机和SSBI IC接收机相比，CADD接收机通过采用DSB调制，将电频谱效率提高了约1.8倍，且未牺牲接收机灵敏度。
接收机带宽降低
CADD接收机所需的带宽仅为SSB信号检测的一半，这大大降低了光电集成电路的实现成本。
色散不敏感性
CADD接收机对色散不敏感，能够在较大色散条件下实现光场恢复，而传统的载波差分检测（CDD）则无法做到。
系统性能分析
通过数值模拟，研究验证了CADD接收机在25-Gbaud 16QAM OFDM信号下的性能。结果表明，在频率间隙为10%时，接收机的OSNR灵敏度为28 dB，且通过调整频率间隙和光学延迟，灵敏度可进一步提高。
本研究提出的CADD接收机方案首次实现了通过直接检测恢复复杂DSB信号的光场，解决了传统直接检测技术中电频谱效率低和色散补偿困难的问题。CADD接收机具有高电频谱效率、低带宽需求和色散不敏感性等优势，适用于短距离应用，如数据中心互连和超高速无线前传网络。此外，CADD接收机的光电集成潜力使其成为未来光通信系统中的重要技术。
创新性接收机架构
CADD接收机通过引入载波和差分检测技术，首次实现了复杂DSB信号的光场恢复，突破了传统直接检测技术的限制。
电频谱效率提升
与现有技术相比，CADD接收机将电频谱效率提高了约1.8倍，显著提升了短距离光纤通信的性能。
低带宽需求
CADD接收机所需的带宽仅为SSB信号检测的一半，降低了光电集成电路的实现成本。
色散不敏感性
CADD接收机能够在较大色散条件下实现光场恢复，扩展了其应用范围。
研究还详细分析了CADD接收机的传输函数，并通过数值模拟验证了其性能。此外，研究提出了通过插入频率间隙和调整光学延迟来优化接收机性能的方法，为未来相关研究提供了重要参考。
本研究为短距离光纤通信提供了一种高效、低成本的光场恢复技术，具有重要的科学价值和实际应用前景。