5/22/2006, 作者 浙江大學(xué)宋軍博士
    一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
    1. OCDMA：
   近來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)光網(wǎng)絡(luò)工程的技術(shù)選擇，存在很?chē)?yán)重的分歧與爭(zhēng)論。爭(zhēng)論分三層，一是FTTH工程要不要開(kāi)展的爭(zhēng)論；二是即便開(kāi)展FTTH，是否要采用PON組網(wǎng)的爭(zhēng)論；三是如選用PON，該使用那種技術(shù)的爭(zhēng)論。首先TDM-PON帶寬較小，且不支持比特率可變的上載信息，不會(huì)成為Gb/s以上的FTTH方案。而WDM-PON帶寬足夠大，被各國(guó)研究者火熱研究了十幾年，相關(guān)技術(shù)都已經(jīng)成熟，可是高昂的成本和復(fù)雜的系統(tǒng)卻限制了它的推廣。盡管折衷的CWDM技術(shù)可以將成本降下來(lái)，可是最高波長(zhǎng)數(shù)量?jī)H18個(gè)，這對(duì)多址接入系統(tǒng)來(lái)言實(shí)在是太少了。再來(lái)看最近突然火的不得了的OCDMA技術(shù)，它是包括Bell實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)力捧的技術(shù)，更有很多研究者認(rèn)為該技術(shù)是未來(lái)十年最有可能邁入實(shí)用化的FTTH方案。
   其實(shí)OCDMA的最初輪廓早在70年代就被提出來(lái)了，可是長(zhǎng)達(dá)三十年的時(shí)間內(nèi)卻罕有研究者或運(yùn)營(yíng)商對(duì)其關(guān)注。而從02年開(kāi)始，該技術(shù)突然火起來(lái)了，特別到了05年下半年，翻開(kāi)任何一本有光網(wǎng)絡(luò)的學(xué)術(shù)期刊，都會(huì)發(fā)現(xiàn)OCDMA成為了絕對(duì)主角，算是當(dāng)下光網(wǎng)絡(luò)里關(guān)注度最高的技術(shù)。導(dǎo)致這一切轉(zhuǎn)變的標(biāo)志性事件是制約OCDMA實(shí)用化的兩個(gè)關(guān)鍵障礙，即光學(xué)編解碼和光門(mén)限設(shè)施在近年先后被提出和實(shí)踐了。到目前為止OCDMA相對(duì)WDM技術(shù)主要還有兩個(gè)差距，其一是受多址干擾影響嚴(yán)重，其二是受拍頻噪聲影響劇烈。以上有關(guān)OCDMA與WDM技術(shù)對(duì)比的詳細(xì)信息可以從本期JLT由大阪大學(xué)Ken-ichi Kitayama教授發(fā)表的論文中找到。要想詳細(xì)了解OCDMA技術(shù)，該篇文章不失為一個(gè)通俗易懂、內(nèi)容詳盡的好資料。文章首先系統(tǒng)論述了OCDMA-PON的框架和操作規(guī)則，然后對(duì)光學(xué)編碼和光門(mén)限的工作原理做了介紹，之后談到了編碼形式以及實(shí)現(xiàn)方式。在對(duì)OCDMA的光學(xué)相干編解碼技術(shù)上，目前國(guó)際上最受認(rèn)同的方式有基于AWG來(lái)編碼和基于超結(jié)構(gòu)光柵（SSFBG）編碼兩種。一般采用前一種技術(shù)能夠獲得非常大的系統(tǒng)容量，而采用后一種則可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)、較快的編碼。作者還認(rèn)為使用后一種技術(shù)，有利于獲得更好的光譜效率。綜合這些，作者也指出OCDMA-PON有望成為FTTH的最終解決方案。
   此外，面向OCDMA應(yīng)用，本期北京大學(xué)的研究者提供了一種新的二維光正交碼OOC設(shè)計(jì)。其利用OCFHC碼做波長(zhǎng)跳變，用OOC碼做波長(zhǎng)展寬，結(jié)合了兩種碼優(yōu)勢(shì)的新碼，可以在保持良好的自相關(guān)度下，比起通常的OOC碼，還能提供更多的波長(zhǎng)選擇和更大的集的勢(shì)。

   2. 光交換：
   本期一篇來(lái)自比利時(shí)的研究是對(duì)已有各種光交換方案進(jìn)行綜述，并就經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較的。主要涉及三種交換方案。一是完全基于光電光（OEO）的IP over WDM使用的交換。IP over WDM主要利用了高性能的WDM設(shè)備和高速光交換機(jī)等數(shù)據(jù)通信設(shè)備的大帶寬和高速優(yōu)勢(shì)，但流量控制、保護(hù)恢復(fù)、QoS和網(wǎng)絡(luò)管理等優(yōu)化配置都發(fā)生在IP層與光學(xué)層之間。因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)處都需要使用OEO的轉(zhuǎn)換模式。顯然，限制系統(tǒng)成本的主要因素就是大量的光電轉(zhuǎn)換器的成本；二是主要基于全光交換，但在分組交換的packet頭處使用OEO轉(zhuǎn)換，具有這種交換模式的典型例子是英國(guó)EPRC支持下的WASPNET 項(xiàng)目，其整體基于全光的標(biāo)簽交換，但每個(gè)標(biāo)簽位置，還要使用光電轉(zhuǎn)換；三是全光的交換模式，典型例子是在歐盟信息學(xué)會(huì)支持下的LASAGNE計(jì)劃。它采用了全光邏輯門(mén)的全光交換，目標(biāo)就是研究驗(yàn)證用于城域網(wǎng)的全光邏輯門(mén)和觸發(fā)器的全光標(biāo)記交換網(wǎng)絡(luò)的商用性。它所涉及的全光交換方法主要有兩種，分別被稱(chēng)為L(zhǎng)abel Swapping和Label Stripping。前一種是比較通用的光標(biāo)簽交換方法，后一種則相對(duì)以往方法略有不同。當(dāng)不同數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，Stripping方法僅在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)對(duì)第一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行處理，而其他有效信息和標(biāo)簽將通過(guò)延時(shí)線進(jìn)行緩存，再經(jīng)過(guò)可調(diào)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換后，路由到合適的AWG輸出端。顯然采用Stripping方案是出于經(jīng)濟(jì)考慮，這樣可以大大減少系統(tǒng)使用的相關(guān)器的數(shù)目。因此其路由器尺寸也小的多。作者針對(duì)不同的方案，把它們使用的關(guān)鍵元件作為變量，作者給出了各自的成本運(yùn)算公式。

   3. WDM：
   韓國(guó)的一篇論文是關(guān)于星型WDM網(wǎng)絡(luò)里MAC（媒體接入控制）協(xié)議性能評(píng)估的。由于WDM-PON系統(tǒng)資源的限制（波長(zhǎng)數(shù)），不可避免的存在競(jìng)爭(zhēng)與沖突，且PON是共享媒體的網(wǎng)絡(luò)，因此它要求MAC協(xié)議能夠允許一些用戶(hù)傳輸，而不對(duì)另外的用戶(hù)造成影響。MAC協(xié)議的選取對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的性能有著很大的影響，不同的方案對(duì)帶寬動(dòng)態(tài)分配性能有較大差別。目前對(duì)WDM接入研究較多的MAC協(xié)議有預(yù)定機(jī)制的R-WDM和預(yù)分配機(jī)制的P-WDM兩種。前一種方式，網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)通過(guò)控制、確認(rèn)、循環(huán)三種機(jī)制為多點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)包預(yù)留帶寬或時(shí)間段。該方案優(yōu)勢(shì)是可發(fā)送bursty數(shù)據(jù)包，支持可變比特率傳輸，不限制數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度等，劣勢(shì)是容易造成嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。后一種方案則周期性的發(fā)送源－目標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)（SDP），以對(duì)傳輸數(shù)據(jù)包預(yù)先分配合適的發(fā)射端與接收端。該方法的優(yōu)勢(shì)是允許數(shù)據(jù)并發(fā)傳送，完全避免了沖突與競(jìng)爭(zhēng)，且硬件和算法都相對(duì)簡(jiǎn)單。明顯的劣勢(shì)是帶寬利用率不高，容易造成虛假的帶寬空閑。對(duì)后一種方案目前有一種催促式的改進(jìn)方法AP-WDM，旨在提高資源利用率，且已經(jīng)取得不錯(cuò)的效果。在此基礎(chǔ)上，韓國(guó)研究者進(jìn)一步改進(jìn)，提出了稱(chēng)為MAP-WDM的方法，其讓SDP數(shù)據(jù)提早發(fā)送，最大化的避免了帶寬空閑。作者對(duì)上述各種方法做了系統(tǒng)比較后指出，在用戶(hù)數(shù)量不是特別多的時(shí)候，使用MAP-WDM既能完全解決網(wǎng)絡(luò)突發(fā)的沖突與競(jìng)爭(zhēng)，又能最大化提高帶寬利用效率。
   此外，奧地利的研究者對(duì)WDM-PON里，濾波器性能對(duì)系統(tǒng)傳輸?shù)挠绊懽隽朔治�，主要考察了濾波器的帶寬和邊緣陡峭程度兩個(gè)因素。結(jié)果證明雖然濾波器邊緣越陡，越能獲得更好的信噪比特性，但選用邊緣太陡的濾波器也會(huì)造成系統(tǒng)對(duì)帶寬變化過(guò)于敏感。

   4. 網(wǎng)絡(luò)性能方面：
   關(guān)于PMD、色散以及回?fù)p等因素對(duì)全光網(wǎng)絡(luò)性能的影響，本期都有一些，分別簡(jiǎn)要介紹最典型的一篇：（1）關(guān)于不同級(jí)PMD對(duì)長(zhǎng)距離高速傳輸?shù)挠绊懸呀?jīng)有了許多理論模型，本期Heismann對(duì)各種已有模型做了比較，首先強(qiáng)調(diào)了三級(jí)，甚至更高級(jí)別的PMD對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響扮演著重要的角色，然后對(duì)各種已有模型，作者認(rèn)為Bruyère模型最精確，但與實(shí)際情況也還存在一些誤差；（2）色散測(cè)量方面，有一篇來(lái)自新西蘭的實(shí)驗(yàn)研究。作者使用波長(zhǎng)可調(diào)的光時(shí)域反射儀OTDR對(duì)長(zhǎng)光纖的色散進(jìn)行了分布測(cè)量，其測(cè)量原理是對(duì)光纖一定長(zhǎng)度下累計(jì)的的雙折射，通過(guò)OTDR的反射光進(jìn)行測(cè)定；（3）回?fù)p也是光網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)，對(duì)存在反射元件的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一般應(yīng)要求將回?fù)p控制在40dB以下。過(guò)大的回?fù)p能引起激光器波長(zhǎng)不穩(wěn)定，降低信噪比。Perfica光學(xué)公司的研究者利用傳輸線理論對(duì)鋸齒形的圖譜作分析，可以精確對(duì)使用任意光纖類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)回?fù)p進(jìn)行測(cè)量。

   二、有源器件：
   1. 激光器：
   半導(dǎo)體激光器方面，Wisconsin-Platteville大學(xué)的研究者對(duì)表面發(fā)射的DFB激光器激光發(fā)射中ASE噪聲情況做了分析，作者證明對(duì)該類(lèi)激光器表面和邊緣的ASE譜是不同的，造成這種差異的原因來(lái)自正反向光的干涉效應(yīng)。
   光纖激光器方面，韓國(guó)研究者利用偏振分集的原理制作了偏振無(wú)關(guān)的梳狀濾波器，利用該濾波器對(duì)連續(xù)光譜的光纖激光器進(jìn)行可調(diào)濾波，可以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足ITU標(biāo)準(zhǔn)的，面向100GHz的WDM應(yīng)用的18個(gè)波長(zhǎng)連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，來(lái)自韓國(guó)的另一項(xiàng)研究則是基于對(duì)摻鉺光纖環(huán)狀激光器作聲光濾波，也實(shí)現(xiàn)了具有可調(diào)功能的單縱模輸出。

   2. 調(diào)制器：
   為了改善MZ調(diào)制器的線性度，加拿大Alberta大學(xué)的研究者對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在一個(gè)干涉臂上加了兩個(gè)環(huán)行共振腔，盡管簡(jiǎn)單從光的傳輸原理上看，這兩個(gè)環(huán)行腔只讓光來(lái)了一個(gè)“8”字形的回旋后就重新進(jìn)入該干涉臂，似乎對(duì)傳輸沒(méi)什么明顯影響，然而作者證明通過(guò)這樣做，調(diào)制的線性度卻得到了明顯的改善。

   3. 放大器：
   天津大學(xué)的研究者對(duì)光纖拉曼放大器提供了一種基于打靶算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)模擬方法。該方法相對(duì)以往的牛頓迭代方法具有更高的效率。作者指出，利用現(xiàn)在的方法，能夠?qū)Ψ糯笃髟鲆�，以及噪聲分布做出精確的預(yù)測(cè)。

   三、無(wú)源器件：
   1. 集成器件：
  通常的集成光學(xué)器件都是在半導(dǎo)體或聚合物材料上通過(guò)光刻實(shí)現(xiàn)的二維平面結(jié)構(gòu)，近年來(lái)很多研究者為了提高芯片的集成度，開(kāi)始提倡三維結(jié)構(gòu)的集成，也就是要增加垂直基底方向的空間利用率。本期California大學(xué)的研究就對(duì)此展開(kāi)，其利用氧化的辦法，可以在材料基底上形成凹凸起伏的圖形，文章里有許多利用該工藝制作的簡(jiǎn)單無(wú)源器件的照片和性能曲線，結(jié)果都是很不錯(cuò)的。
   此外，California科學(xué)院的研究者基于聚合物材料制作了環(huán)行共振器，并對(duì)相關(guān)性能做了分析。主要是可以通過(guò)理論對(duì)器件的損耗等進(jìn)行預(yù)測(cè)，且預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

   2. 光纖光柵：
   本期光纖光柵的研究較多，主要有：（1）Stanford大學(xué)的研究者針對(duì)透射式光纖光柵提供了一種算法，在僅知道強(qiáng)度譜或群時(shí)延信息后，可以迭代恢復(fù)出其全部譜信息；（2）類(lèi)似的研究也被Harvard大學(xué)的研究者開(kāi)展，其基于最小相位函數(shù)對(duì)光纖光柵透射光做干涉測(cè)量，可以恢復(fù)出該光柵的全部光譜信息；（3）Arizona大學(xué)的研究者則利用超精細(xì)結(jié)構(gòu)的光纖光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)加密，這樣的操作可以用在OCDMA等系統(tǒng)上；（4）瑞士的研究者則提出了變跡的Bragg光柵設(shè)計(jì)方法，用該方法制得的光柵濾波器，可以實(shí)現(xiàn)平頂、高旁瓣抑制比等特性，這對(duì)WDM系統(tǒng)應(yīng)用很有吸引力。