5/22/2006,作者 浙江大學(xué) 宋軍博士  
   一、網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
   1. WDM-PON：
   在學(xué)術(shù)領(lǐng)域WDM-PON普遍被認(rèn)為是全光網(wǎng)絡(luò)邁入實(shí)用化的最佳選擇，也是技術(shù)發(fā)展的形式所趨。然而到目前為止，就其實(shí)用化程度來言，多少令人有點(diǎn)尷尬，其高昂的成本和復(fù)雜的色散管理、波長監(jiān)控等也為系統(tǒng)運(yùn)營增加了不少難度。到目前為止，真正成功商用的系統(tǒng)還多集中在日韓，美國應(yīng)用的并不多，而歐洲則更少。不同地區(qū)的運(yùn)營狀況有差異，多多少少會(huì)影響該地區(qū)研究方向的變化。近兩年有關(guān)WDM-PON技術(shù)改進(jìn)研究的最熱的也集中于日韓，他們想方設(shè)法降低系統(tǒng)復(fù)雜度，降低運(yùn)營成本。這其中韓國的Advanced Institute of Science and Technology就是一個(gè)非�；钴S的研究小組。在去年7月的評(píng)析中，曾介紹過他們面向WDM應(yīng)用，將F-P腔引入了ASE光源，制成了成本很低的具有波長鎖定功能的光源。本期他們繼續(xù)對(duì)該方案做了改進(jìn)，主要是使用了低噪聲的寬頻光源，去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基于EDFA的寬頻光源。這樣做的目的是為了在低波長間隔應(yīng)用時(shí)（低于50GHz），降低經(jīng)過復(fù)用/解復(fù)用器產(chǎn)生的信號(hào)質(zhì)量惡化。利用其改進(jìn)系統(tǒng)相對(duì)強(qiáng)度噪聲低的特性，進(jìn)而作者宣稱利用該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)波長獨(dú)立的工作。

   2. 調(diào)制格式：
   對(duì)基于RZ-DPSK格式的系統(tǒng)，定時(shí)調(diào)校是一個(gè)非常重要的系統(tǒng)性能指標(biāo)。如該格式信號(hào)以10Gb/s傳輸，定時(shí)失配達(dá)到15ps，系統(tǒng)的功率損耗就會(huì)迅速增加。如調(diào)制速率提高到40Gb/s，系統(tǒng)允許的定時(shí)調(diào)校將精度應(yīng)高于3.75ps。因此如何高效的對(duì)系統(tǒng)脈沖整形與相位調(diào)制間的時(shí)間錯(cuò)位進(jìn)行精確測定，并有效自動(dòng)調(diào)校是RZ-DPSK系統(tǒng)面向?qū)嵱帽仨氁�解決的問題。已有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，一個(gè)是利用保偏光纖對(duì)由于時(shí)間失配引起的偏振變化作測定；另一個(gè)是利用偏心濾波器對(duì)時(shí)間失配引起的頻率啁啾進(jìn)行測定。但兩種方法都有缺陷。本期臺(tái)灣交通大學(xué)的研究者提供了另一種方案。他們使用了一個(gè)探測波長在相位調(diào)制速率一半左右的微波探測器和一個(gè)光學(xué)鑒頻器，利用這些器件來對(duì)由于時(shí)間失配引起的光譜展寬進(jìn)行測定。比起前面提到的兩種方法，該方案具有兩個(gè)優(yōu)勢，其一是偏振無關(guān)，其二是動(dòng)態(tài)探測范圍大。
   對(duì)長距離的DPSK系統(tǒng)，非線性仍是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。而其中最關(guān)鍵的效應(yīng)是非線性相位漂移（來自于ASE和SPM）。本期Cornell大學(xué)的研究者提出了對(duì)使用DPSK格式長距離傳輸后信號(hào)的非線性后補(bǔ)償技術(shù)。其補(bǔ)償單元由偏振分束器PBS、可調(diào)光衰減器VOA、相位調(diào)制器和探測器組成。信號(hào)先由PBS按照偏振不同分為兩束，然后各自被一個(gè)相位調(diào)制器調(diào)節(jié)，其驅(qū)動(dòng)信號(hào)來自于輸入信號(hào)經(jīng)過探測器和射頻放大器后的混合。其驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正負(fù)可以通過由克爾非線性效應(yīng)引起的相位漂移方向變化來切換，大小則可以通過探測器來調(diào)節(jié)。這樣對(duì)兩個(gè)偏振分別利用其對(duì)應(yīng)的相位調(diào)制器來補(bǔ)償非線性的影響后，再使用一個(gè)PBS合成一束光。使用這樣的系統(tǒng)可以讓長距離傳輸后的信號(hào)等效為以準(zhǔn)線性，甚至于孤子的方式進(jìn)行傳輸。由于其使用了PBS后，系統(tǒng)對(duì)兩偏振分別處理，因此系統(tǒng)還具有偏振不敏感的特性。當(dāng)然其非線性補(bǔ)償?shù)膸�寬也是可以通過插入低通濾波器來調(diào)節(jié)的。
   多進(jìn)制調(diào)制是提升系統(tǒng)容量的有效手段，另外由于該格式信號(hào)能在保持相同bit率情況下，降低符號(hào)碼率，這樣有利于提高系統(tǒng)對(duì)色散和PMD的公差。本期東京大學(xué)的研究者對(duì)多階相移鍵控M-ary PSK信號(hào)的相干檢測系統(tǒng)做了研究。其信號(hào)先經(jīng)過相移零差探測后，系統(tǒng)還可以通過數(shù)字信號(hào)處理來對(duì)信號(hào)載波相位進(jìn)行精確估計(jì)，增加了這樣的單元，探測系統(tǒng)會(huì)對(duì)載波相位噪聲具有更好的抵御力。

   3. PMD：
   已經(jīng)多次提到PMD補(bǔ)償對(duì)高速系統(tǒng)的重要性，本期有關(guān)PMD的研究主要有：（1）墨爾本大學(xué)的研究者分別對(duì)ASE和熱受限系統(tǒng)，研究了如何對(duì)各級(jí)PMD精確量化測量。以前的文獻(xiàn)里都把調(diào)制帶寬內(nèi)偏振態(tài)的變化量稱為“string length”�，F(xiàn)在的研究里，研究者通過對(duì)PMD的量化測量后，研究了系統(tǒng)功耗對(duì)string length的依賴；（2）在高速長距離系統(tǒng)里，最受關(guān)注的兩個(gè)因素是PMD和非線性，分別針對(duì)兩個(gè)因素已經(jīng)有了許多研究，然而兩者同時(shí)存在會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生怎樣的影響呢？這樣的研究還很少。本期以色列的研究者就對(duì)他們兩者協(xié)同作用做了有益研究。作者指出，在長距離傳輸?shù)那鞍攵危琍MD其實(shí)能夠抑制非線性對(duì)信號(hào)的持續(xù)影響，但在長距離工作后，這樣的抑制作用會(huì)消失，而且兩者共同作用會(huì)讓信號(hào)質(zhì)量更嚴(yán)重的惡化。作者也證明在傳輸過程里使用光濾波器能有效抑制PMD的影響。

   4. 光交換：
   OPS和OBS是被認(rèn)為全光網(wǎng)絡(luò)最具吸引力的光交換技術(shù)。對(duì)光標(biāo)簽分組交換，通常標(biāo)簽和有效載荷使用不同的調(diào)制格式，對(duì)標(biāo)簽，通常采用DPSK調(diào)制，對(duì)有效載荷，不同的研究者分別使用了ASK、FSK、PSK或副載波調(diào)制等方式。對(duì)這樣的系統(tǒng)，編解碼都需要兩套裝置來分別對(duì)標(biāo)簽和有效信號(hào)進(jìn)行處理。近兩年很多研究開始簡化這樣的系統(tǒng)，前兩年有人發(fā)現(xiàn)使用DPSK/IM（正交強(qiáng)度調(diào)制）的標(biāo)簽/有效信號(hào)的編碼方式，可以僅使用一個(gè)接收器并以低誤碼率的同時(shí)對(duì)標(biāo)簽/有效信號(hào)進(jìn)行解碼。本期Bell實(shí)驗(yàn)室的研究者使用同樣的調(diào)制格式，進(jìn)一步簡化了該系統(tǒng)，來驗(yàn)證是否可以僅使用一個(gè)發(fā)射機(jī)同時(shí)給標(biāo)簽和有效信號(hào)編碼。作者提供了兩種方案，一種是利用MZ調(diào)制器的RF端來對(duì)10Gb/s的有效信息編碼，而用調(diào)制器的反偏端對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行155Mb/s的編碼；第二種是僅使用RF端，而通過對(duì)RF驅(qū)動(dòng)電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽和有效信號(hào)的獨(dú)立編碼。在通過僅使用一個(gè)接收器的方式來對(duì)信噪比、誤碼率進(jìn)行測試分析后發(fā)現(xiàn)，作者提供的第二種方式能獲得更好的綜合性能。

   二、有源器件：
   1. 半導(dǎo)體激光器：
   本期半導(dǎo)體激光器方面的文章非常多，然而大部分都是關(guān)于紅光LED、GaN藍(lán)光激光器和THz激光器的，真正與光通訊相關(guān)的有源器件卻很少，現(xiàn)僅介紹有代表性的幾篇：（1）Illinois大學(xué)的研究者對(duì)面向中短距離通訊的850nm的VCSEL激光器做了改進(jìn)研究，主要是提高了器件的差分斜率，這樣可以有效降低直接調(diào)制的系統(tǒng)損耗。其采用的技術(shù)思路是使用了兩個(gè)氧化物限制腔，這樣可以將差分斜率提高至6W/A；（2）硅激光器是很重要的一個(gè)研究方向，一方面由于硅對(duì)1.3－1.5微米波段良好的透明性使得它成為光通訊應(yīng)用的首選介質(zhì)，另一方面是因?yàn)樗�易于與無源器件集成，且適合半導(dǎo)體工藝加工。然而較低的量子效率限制了硅激光器的應(yīng)用。本期Intel公司的研究很出色，他們竟然將AlGaInAs的量子阱結(jié)構(gòu)嵌入到了硅激光器里面，提高了量子效率。其實(shí)鍵合技術(shù)以前的評(píng)析里也介紹過，但那通常是將三五族的有源器件與硅波導(dǎo)無源器件集成在一塊芯片上，而像這樣在一個(gè)有源器件里面，同時(shí)使用了三五族和硅材料的完美結(jié)合技術(shù)確實(shí)很罕見。Intel為此采用了一種被稱為低溫氧等離子輔助鍵合的技術(shù)；（3）NEC的研究者將傳統(tǒng)外腔可調(diào)激光器的腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具去掉了，這樣他們獲得了更佳具有連續(xù)性的波長調(diào)節(jié)，可以在C波段40nm波長范圍實(shí)現(xiàn)25GHz頻譜間隔的連續(xù)調(diào)節(jié)，這對(duì)未來的DWDM應(yīng)用很有吸引力，而去掉了標(biāo)準(zhǔn)具必然帶來波長穩(wěn)定的問題，遺憾的是作者并沒有對(duì)此做深入討論。

   2. VOA：
   可調(diào)光衰減器VOA是光通訊應(yīng)用中的重要元件之一，在光網(wǎng)絡(luò)傳送與接收端通常都需要VOA來控制光信號(hào)的強(qiáng)度。常見的VOA有基于液晶和集成材料兩種。（1）本期California的研究者報(bào)導(dǎo)了其基于聚合物的集成VOA器件。以往已有基于聚合物波導(dǎo)的VOA報(bào)導(dǎo)，一般是基于熱光效應(yīng)。本期的研究比起以往創(chuàng)新之處在于其在波導(dǎo)上包層4微米寬的區(qū)域上鍍上了Cr/Ai金屬，一方面在電流變化下利用金屬受限效應(yīng)，可以改變芯層折射率，一方面也可作為加熱器來對(duì)材料進(jìn)行熱光調(diào)節(jié)�？梢娖湟�起折射率變化的因素有兩個(gè)，這就增大了動(dòng)態(tài)衰減強(qiáng)度和范圍；（2）本期臺(tái)灣清華的研究者立足于MEMs技術(shù)制作了低驅(qū)動(dòng)電壓，無動(dòng)態(tài)超越，抗振動(dòng)性能好的VOA。其關(guān)鍵部分是一旋轉(zhuǎn)式的梳狀致動(dòng)器，利用其轉(zhuǎn)動(dòng)方向剛性低于軸向的特性來抗振。為了降低驅(qū)動(dòng)電壓，作者采用了折曲式的彈簧，并在致動(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候利用鏡面在兩度內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)最高40dB以上的可調(diào)光衰減。整個(gè)器件基于SOI材料制作。

   三、無源器件：
   解復(fù)用器如AWG等，由于工藝誤差等因素的影響，會(huì)發(fā)現(xiàn)制得的器件中心波長相對(duì)設(shè)計(jì)點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移，因此通過后期的校正，把中心波長移回來是一個(gè)有用的研究工作。對(duì)通常的器件，其實(shí)是可以通過溫度調(diào)節(jié)來控制波長漂移的。可是現(xiàn)在商用的器件，很多已經(jīng)采用了熱無關(guān)的設(shè)計(jì)，即不會(huì)發(fā)生溫漂。本期NTT就提出了針對(duì)這些器件的中心波長校準(zhǔn)研究，其方法很容易理解，就是將制作好的硅基AWG芯片放在一個(gè)熱容器內(nèi)，腔內(nèi)充滿了Ar氣，通過對(duì)溫度和氣壓的優(yōu)化選擇，來對(duì)二氧化硅材料做稠化處理，通過這樣的操作可以實(shí)現(xiàn)1nm左右的中心波長校準(zhǔn)。