一、全光網(wǎng)絡(luò)熱點技術(shù)：WDM-PON、光交換技術(shù)
在上期JLT評析中，個人已對WDM-PON進行了簡要評析，這里不再重復(fù)。本期JLT光網(wǎng)絡(luò)部分的文章僅兩篇，但其中新加坡南洋技術(shù)大學(xué)的Hai Yuan等關(guān)于雙向光交叉連接（BOXC）的研究正好是熱門方向，下面略加分析。
眾所周知，當前全光網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)瓶頸是光交換技術(shù)，而OXC和OADM又是其核心技術(shù)。OXC主要用于長途網(wǎng)路和大型都會網(wǎng)路連接，OADM則在大型城域網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用，兩者搭配起來可以取代DCS在電層的管理模式，直接在光層進行交叉聯(lián)結(jié)、保護和恢復(fù)，以及光通道管理。由于雙向WDM技術(shù)具有最靈活高效的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，能有效降低系統(tǒng)成本，且能最有效的在節(jié)點故障的情況下快速自愈，保護承載業(yè)務(wù)，因此BOXC是目前很有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。據(jù)我了解，該技術(shù)在98年被提出以來，已有幾十篇論文和專利對其發(fā)展和改進，但其技術(shù)無非是對AWG、FBG、MEMs、PBS、循環(huán)器等器件組合使用，其目標是采用最少的元件實現(xiàn)最優(yōu)的性能。但目前為止無論那種組合均有明顯的缺陷，使用AWG會增大插損，使用PBS會增加PMD，而使用MEMs拓撲結(jié)構(gòu)變得死板，僅能稱為準雙向。Hai Yuan此次的研究是利用FBG和循環(huán)器的組合，雖然避免了很多不利因素，可是其需要波長小范圍可調(diào)等因素在使用中也不可避免會帶來問題。因此個人還是較推崇Sangin Kim等01年8月在EL上基于一個AWG和FBG構(gòu)建的BOXC結(jié)構(gòu)，其性能更加可靠，且由于僅使用了一個AWG，插損也改善了很多。
二、光集成熱點技術(shù)：PLC、SOI和polymer材料、光子晶體、interleaver、DWDM
PLC和OEIC是光集成發(fā)展的目標，這在前幾次評析中已多次提到。因為它包含技術(shù)內(nèi)容很廣（標題提到的其他技術(shù)都可以涵蓋在PLC內(nèi)），所以真正意義的PLC芯片并不多。本期JLT貝爾實驗室Doerr等的研究很出色，基本代表了當前光集成的最高水平，其在一塊芯片上實現(xiàn)了波長可選的光交叉連接，且能實現(xiàn)可調(diào)光衰減等功能。另外值得注意的是其使用了interleaver這一熱點技術(shù)。該技術(shù)利用干涉的原理使復(fù)用信號按照奇偶通道分開，這一方面有效緩解了光通訊對越來越窄的通道間隔的需求，另一方面也降低了對光源波長穩(wěn)定性控制的壓力。例如Doerr的芯片使用200G的頻寬實現(xiàn)了實際100G的標準間隔復(fù)用。當然采用interleaver技術(shù)也會明顯增大芯片的尺寸。
密集波分復(fù)用器是最核心的光無源器件，同樣在平面光集成中，以AWG和EDG為代表的平面集成波分復(fù)用器也是最受關(guān)注的研究方向。其中EDG（刻蝕衍射光柵）理論上具有比AWG更優(yōu)的性能，但由于深刻蝕的工藝復(fù)雜性限制了其廣泛使用，目前加拿大科學(xué)院代表了其最高技術(shù)水平。而AWG采用陣列波導(dǎo)的形式產(chǎn)生類似光柵的色散特性，避免了深刻蝕的要求，從而被廣泛商用和研究。關(guān)心AWG發(fā)展的朋友建議看看此期JLT西班牙Pascual Muñoz等的研究論文，雖然其主旨是對先前理論結(jié)果的實驗驗證，但其15頁的長篇幅基本涵蓋了AWG研究的所有熱點問題，如頻譜平坦化等。
光子晶體已經(jīng)被研究了10余年，其研究方向也已經(jīng)從前些年不同周期結(jié)構(gòu)的禁帶計算發(fā)展到現(xiàn)在不同器件的設(shè)計，雖然其技術(shù)一直很熱，但是令人信服的實驗成果卻少的可憐。本期JLT上有意大利INFM的Stefano Boscolo等對三維光子晶體多重散射特性進行了分析；日本東京大學(xué)的Y. Tanaka等對基于SOI材料的二維光子晶體存在線缺陷時不同偏振間的耦合進行了分析；亞利桑那大學(xué)的Tao Liu等對傳統(tǒng)多模干涉耦合器（MMI）改用光子晶體結(jié)構(gòu)后進行了優(yōu)化設(shè)計，這些分析都側(cè)重于理論模擬，并沒有特別吸引人的結(jié)論。當前光子晶體研究熱的最主要原因是其相對于傳統(tǒng)波導(dǎo)器件優(yōu)異的性能和更緊湊的結(jié)構(gòu)。目前較為成熟的光子晶體商用產(chǎn)品僅限于光子晶體光纖。
另一項熱點技術(shù)在材料上，目前最熱的材料當屬聚合物和SOI兩種。前者吸引人的是其相對于二氧化硅波導(dǎo)低廉很多的制作成本，后者則是因為其直接在半導(dǎo)體Si上通光，是我們可選的最佳的有無源集成材料。由于SOI波導(dǎo)外包層直接采用空氣，決定了其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)應(yīng)主要采用脊形。而如何有效對其結(jié)構(gòu)進行設(shè)計一直以來都是難點，此次JLT中，英國諾丁漢大學(xué)的Carl Styan等對傳統(tǒng)基因算法進行了改進，動態(tài)修改目標函數(shù)，從而提供了一種對脊形波導(dǎo)的快速設(shè)計方法。
三、有源器件熱點技術(shù)：VCSEL、DFB、QW
垂直共振腔面發(fā)射激光器（VCSEL）是近年來廣受關(guān)注的一項技術(shù)，其與通常激光器的區(qū)別在于其發(fā)射面與共振腔垂直，模斑為圓形，其獨特的結(jié)構(gòu)決定了其易與光纖耦合，工作壽命長，易檢測，可做陣列，價格低廉等特有優(yōu)勢。然而現(xiàn)在商用最成熟的VCSEL激光器局限在850nm和980nm這兩個波段，通訊應(yīng)用上下載需要轉(zhuǎn)換波長，因此僅在短途通訊里被使用。值得關(guān)注的是近兩年使用InGaNAs/GaAs材料的VCSEL激光器，非常有希望拓展到整個光通訊波段，因此VCSEL技術(shù)在中長途的使用已經(jīng)指日可待。在此期JLT報導(dǎo)中，希臘國家科學(xué)中心的K. Minoglou等對高速VCSEL激光器，考慮了非線性效應(yīng)和寄生效應(yīng)等因素，建立了一種等效電路的分析和性能模擬方法，其結(jié)果與測量保持了高度一致。
通常的分布布拉格反饋（DFB）激光器和VCSEL相反，是端面發(fā)射激光，模斑為橢圓，現(xiàn)廣泛商用DFB激光器已涵蓋了1310nm和1550nm兩波段，可用于中長距離通訊。本期JLT中，法國Avanex公司的研究者對DFB激光器中的偏振消光比特性進行了研究，并對實際使用的影響程度進行了評估。采用DFB技術(shù)可以使發(fā)散激光具有非常窄的譜寬和良好熱穩(wěn)定性。另外，目前還有一類商用成熟的LD是基于FP腔，其性能比DFB差，但極低的價格優(yōu)勢仍很據(jù)吸引力，其1310nm的波長輸出在中距離通訊中應(yīng)用較廣。
通常的半導(dǎo)體激光是多波長多模式的，當耦合到光纖中時會產(chǎn)生強烈的色散，脈沖展開明顯。量子阱結(jié)構(gòu)（QW）具有的量子尺寸效應(yīng)和DFB的選模效應(yīng)都可以改善激光質(zhì)量，獲得單模，線寬小于0.5nm的激光，這非常有利于DWDM應(yīng)用。
綜合VCSEL、DFB和QW三者的優(yōu)勢，在VCSEL激光器中，使用上下兩層分布布拉格反射鏡 (DBR)選模，有源區(qū)選用QW結(jié)構(gòu)是目前的主流也是熱點技術(shù)。本期JLT上來自臺灣交通大學(xué)的研究者就對VCSEL的MQW激光器（850nm）輸出進行了深入研究，并優(yōu)化了部分性能，例如獲得了極低的閾值電流。
但是必須指出，目前該技術(shù)的瓶頸是在長波段激光發(fā)射。剛剛提到最有希望實現(xiàn)全光通訊波段發(fā)射的材料，如InGaAsP /InP和InGaNAs/GaAs等非常難制得高反射率的DBR。目前對這一難點主要有兩個研究方向，一是使用鍵和技術(shù)（見11期PTL評析），DBR使用GaAs材料，而有源區(qū)使用高反射的InP材料，二者鍵和在一起，文獻報導(dǎo)的用該技術(shù)獲得的器件性能非常優(yōu)越，但制作非常困難，廢品率高；另一個是采用單向外延技術(shù)，直接將DBR和有源層長于GaAs基底上，雖然性能不如前者，但工藝相對簡單，特性溫度較高，個人認為這是近期最有商用前景的方案。
以上是我對本期JLT的一個評析和相關(guān)技術(shù)的一個簡要討論，希望能對大家有所幫助。（作者：浙江大學(xué) 宋軍）