6/26/2006，    一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
   1. WDM:
   基于波分復(fù)用實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容是持續(xù)被關(guān)注了多年的研究方向。對(duì)采用WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)大容量（Tbit）傳輸，主要有三個(gè)途徑，即增加可利用的波長(zhǎng)帶寬、提高單通道調(diào)制速率和進(jìn)一步減小通道間隔。對(duì)第一點(diǎn)，大家都知道光通訊可利用的波長(zhǎng)帶寬受限于光纖損耗和色散，現(xiàn)在很難再做改變。因此增加可利用波長(zhǎng)帶寬核心關(guān)注點(diǎn)是放大技術(shù)，即實(shí)現(xiàn)高平坦、大帶寬的放大是關(guān)鍵�，F(xiàn)在使用稀土摻雜的光纖放大器已經(jīng)可以做到100nm的大譜寬放大，而利用分布式的拉曼放大器最高也能實(shí)現(xiàn)130nm帶寬的平坦放大；對(duì)第二點(diǎn)，提高單通道調(diào)制速率至160Gb/s目前也是技術(shù)上容易做到的了，但這樣做必然要求配備復(fù)雜的色散、非線性和PMD監(jiān)控、補(bǔ)償系統(tǒng)；對(duì)第三點(diǎn)，減小波長(zhǎng)間隔方面，根據(jù)ITU標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)有報(bào)導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了25GHz、12.5GHz，甚至6.25GHz的超密度波分復(fù)用。使用小帶寬間隔和較低單通道調(diào)制速率是一種很容易想到的既能獲得大容量傳輸，又避免使用復(fù)雜的色散補(bǔ)償系統(tǒng)的有效手段。然而這樣做的難點(diǎn)在于對(duì)波長(zhǎng)穩(wěn)定性要求極高，適合該方向應(yīng)用的WDM光源難陣列化，且價(jià)格昂貴。
   本期有一篇NTT的研究論文，是基于上述第三個(gè)方向，即超精細(xì)DWDM應(yīng)用的研究，其實(shí)驗(yàn)顯示了波長(zhǎng)間隔12.5GHz，512×2.5Gb/s的DWDM系統(tǒng)，在無色散補(bǔ)償?shù)那闆r下穩(wěn)定工作了320km。誠如上面分析的，要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工作，必然該系統(tǒng)要擁有穩(wěn)定的光源。其發(fā)射器由DFB-LD陣列、一個(gè)AWG和一個(gè)邊帶發(fā)生器組成。由LD先發(fā)射100GHz的初始載波，分奇偶序列（即200GHz）被AWG復(fù)用后，作為初始信號(hào)輸入到邊帶發(fā)生器里面。該發(fā)生器由一個(gè)相位調(diào)制器、一個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器、一個(gè)12.5GHz的振蕩器和電子放大器組成。通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓和兩個(gè)調(diào)制器的相位，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的12.5GHz間隔的邊帶信號(hào)發(fā)射�？梢宰⒁獾狡淅�用的所有器件都是商業(yè)化的，因此系統(tǒng)成本可以得到有效控制。從最終的測(cè)試眼圖來看，無色散補(bǔ)償工作320km以后，眼開仍舊很大，因此其實(shí)際無色散補(bǔ)償工作距離還可以更長(zhǎng)一些。其實(shí)現(xiàn)的總傳輸容量為1.28Tb/s。
   另一項(xiàng)WDM-PON的研究來自NTT關(guān)于網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的。作者提到通常WDM網(wǎng)的鏈路保護(hù)都要使用一個(gè)3dB耦合器，將信號(hào)分別耦合到工作光纖和保護(hù)光纖里，這樣做既增加了成本也導(dǎo)致了工作信號(hào)3dB的功耗。本期作者建議使用一2×N的環(huán)行AWG，一個(gè)輸入端對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)可以鏈接到工作光纖，當(dāng)然在發(fā)生故障后，使用另一個(gè)輸入端，利用器件的線性和波長(zhǎng)循環(huán)的工作特性，可以及時(shí)切換到保護(hù)光纖內(nèi)。當(dāng)然，作者提到的以往通道保護(hù)都使用3dB分束器這一說法并不確切，事實(shí)上類似作者現(xiàn)在思路的方案以前也有過報(bào)導(dǎo)。

   2. 調(diào)制格式：
   多次談到，對(duì)40Gb/s以上的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行非線性進(jìn)行抑制與補(bǔ)償是避免傳輸誤碼的必要手段。在眾多非線性因素里，一般認(rèn)為信道間交叉相位調(diào)制（IXPM）是導(dǎo)致定時(shí)抖動(dòng)的關(guān)鍵因素，對(duì)IXPM，已證實(shí)可以通過合適的色散管理來很好的抑制其對(duì)傳輸?shù)挠绊憽６�信道間四波混頻（IFWM）則是導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度抖動(dòng)的最主要非線性效應(yīng)，對(duì)這一點(diǎn)，通常認(rèn)為使用交替相位歸零（APRZ）格式能有效抑制IFWM引起的信號(hào)非線性失真。要實(shí)現(xiàn)APRZ調(diào)制，通常需要使用三個(gè)調(diào)制器，一個(gè)用來脈沖整形，一個(gè)用來做相位調(diào)制，另一個(gè)用來做編碼調(diào)制。本期，瑞典的研究者認(rèn)為僅使用一個(gè)單一的MZ調(diào)制器也能同時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖整形和相位調(diào)制功能，從而降低系統(tǒng)成本與復(fù)雜度。要實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，作者暗示既可以通過對(duì)CSRZ信號(hào)發(fā)生器做相位延遲，也可以同時(shí)使用雙驅(qū)動(dòng)（失衡）的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究，作者證明APRZ信號(hào)的負(fù)載循環(huán)率選為67％是可行的，能獲得最好的性能。同時(shí)作者也證明了交替相位為π/2，即相位正交情況，對(duì)非線性抑制的效果最好。
   意大利研究者系統(tǒng)對(duì)在存在非線性下單通道使用DPSK/DQPSK格式信號(hào)的傳輸性能做了理論分析，并建立了簡(jiǎn)單實(shí)用的理論模型。作者證明即使ASE噪聲在時(shí)間上是可變的，在理論建模上色散分布仍可以假定為高斯分布的。作者利用其建立的模型證實(shí)在map strength較小的時(shí)候參量增益是造成系統(tǒng)性能損傷的關(guān)鍵，對(duì)RZ信號(hào)的影響尤為強(qiáng)烈。作者還暗示了以往利用DQPSK調(diào)制格式來提升譜利用率，實(shí)際上必然帶來一定的功耗，這些功耗也來自于參量增益的影響。
   對(duì)一特定的光信號(hào)，除了頻率以外，主要表征信息包括強(qiáng)度、相位和偏振態(tài)。這三個(gè)與光信號(hào)直接相關(guān)的自由度都可以作為光信號(hào)調(diào)制的載體，相應(yīng)的分別被稱為強(qiáng)度位移鍵控（ASK）、相位位移鍵控（PSK）和偏振位移鍵控（POLSK）。就實(shí)用角度來看，其實(shí)三種調(diào)制方式互有優(yōu)勢(shì)，且這種差異在不同調(diào)制比特率下更為明顯。因此也有人來研究同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)里使用其中兩種或全部的調(diào)制方式，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，這樣的混合調(diào)制通�；�于差分格式，被稱為多塊差分態(tài)調(diào)制，也就是說在對(duì)不同的時(shí)間段，逐塊的對(duì)信號(hào)進(jìn)行不同格式的調(diào)制。這樣做最大的困難來自于接收解調(diào)端，要對(duì)不同調(diào)制格式的信號(hào)同時(shí)解調(diào)，且保證低誤碼率，并不是一件容易的事。本期以色列的研究者探索對(duì)這種混合調(diào)制模式進(jìn)行統(tǒng)一的探測(cè)，作者使用的是POLSK探測(cè)器，并依據(jù)與信號(hào)強(qiáng)度、相位相關(guān)的四個(gè)斯托克斯偏振態(tài)，來逐塊的對(duì)信號(hào)進(jìn)行探測(cè)。但這樣探測(cè)有一個(gè)先決條件就是，相位必須是慢變的�？偟膩砜醋髡叩难芯窟�是在探索階段。

   3. OCDMA：
   OCDMA的研究熱度已經(jīng)持續(xù)了好一段時(shí)間，似乎憑借該技術(shù)又讓許多人對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用重新產(chǎn)生了熱情。比較以往的評(píng)析，不難發(fā)現(xiàn)，這些研究普遍還僅停留在物理層，本期加拿大的研究者對(duì)此做了探索性深入研究，在物理層使用OCDMA技術(shù)，而在鏈路層采用了分隙阿羅哈沖突協(xié)議（Slotted-Aloha)。從系統(tǒng)吞吐量和平均分組延時(shí)兩個(gè)角度分析了網(wǎng)絡(luò)性能。作者證實(shí)現(xiàn)在的混合網(wǎng)性能比起通常的CDMA網(wǎng)無論從流量還是從穩(wěn)定性上都得到了明顯的改善。

   4. 非線性：
   多次談到對(duì)高速長(zhǎng)距離系統(tǒng)，非線性是影響網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素，因此非線性管理是光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營里的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。按補(bǔ)償?shù)奈恢貌煌�，非線性管理分為三種，其一是直接在信號(hào)發(fā)射后進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，其二是在傳輸過程里使用中繼器來內(nèi)線補(bǔ)償，其三則是在接收解調(diào)前開展后補(bǔ)償。針對(duì)三種不同方式定義了三個(gè)參數(shù)來衡量補(bǔ)償?shù)男Ч�，分別為預(yù)補(bǔ)償量、單段殘余色散（RDPS）和網(wǎng)絡(luò)殘余色散（NRD）。對(duì)主要受SPM影響的系統(tǒng)，優(yōu)化NRD的大小對(duì)提高系統(tǒng)性能非常重要，本期清華大學(xué)的研究者對(duì)此開展了研究。類似的工作以前已經(jīng)被開展過，此次研究最大的特色在于作者對(duì)相關(guān)關(guān)系給出了解析的推導(dǎo)，盡管推導(dǎo)中做了一些近似，但解析的表達(dá)更直觀，對(duì)揭示整個(gè)過程的原理也更有幫助。
   香農(nóng)(Shannon)定理告訴我們，信號(hào)傳輸?shù)臉O限數(shù)據(jù)率與信道的帶寬成正比。對(duì)通常的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，如果信號(hào)信噪比為40dB，那么根據(jù)該定理，光纖傳輸?shù)臉O限容量大約為13 bits/s/Hz。然而考慮了SPM、XPM、FWM等非線性因素后，Shannon定理變得不那么精確了，如何確定非線性光纖的極限傳輸容量目前還是一個(gè)基礎(chǔ)研究方向。本期加州工學(xué)院的研究者對(duì)此開展了探索性研究。考慮了不同情況，作者也提供了解析的推導(dǎo)，最終證明現(xiàn)在DWDM 1 bit/s/Hz的利用率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到光纖的極限容量。作者也建議，如果采用光位相共軛（OPC）技術(shù)，還可進(jìn)一步提升光纖的極限容量。

   二、有源器件：
   1. 調(diào)制器：
   高速光調(diào)制器方面，目前應(yīng)用最多的還是基于鈮酸鋰材料的電光效應(yīng)，雖然也有其他的研究基于不同介質(zhì)和不同效應(yīng)，如聚合物的熱光效應(yīng)和電光效應(yīng)。但要么因?yàn)檎{(diào)制速率太慢，要么因?yàn)椴环�(wěn)定，都沒有被廣泛采用。目前鈮酸鋰調(diào)制器主要有兩個(gè)缺陷，一是半波電壓較高，二是很難突破40Gb/s的調(diào)制極限。對(duì)后者除了換材料，還沒有顯著的突破方案，而對(duì)前者則有許多方法，其中使用共振增強(qiáng)型電極是最通用的。本期關(guān)于鈮酸鋰調(diào)制器的研究主要有：（1）瑞士的一項(xiàng)研究立足于降低半波電壓，提高調(diào)制效率，采用的技術(shù)方案是在鈮酸鋰調(diào)制器上級(jí)聯(lián)了4個(gè)共振電極。依靠電極的共振增強(qiáng)效應(yīng)，可以顯著降低輸入電壓，據(jù)測(cè)試，其半波電壓相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鈮酸鋰調(diào)制器，同等有源區(qū)長(zhǎng)度下，至少可降低8.7dB左右；（2）澳大利亞的研究者則對(duì)使用共振增強(qiáng)型電極的工藝誤差做了分析，認(rèn)為使用大的溝狀電極，對(duì)降低誤差敏感性很有幫助；（3）日本NGK INSULATORS公司的研究者則優(yōu)化了鈮酸鋰調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，讓兩臂不對(duì)稱度達(dá)到.0.65，在不使用氧化硅緩沖層的情況下，實(shí)現(xiàn)20GHz調(diào)制帶寬，驅(qū)動(dòng)電壓僅2.5V，這是相當(dāng)?shù)偷牧恕?
   此外，NTT基于三五族材料制作了電吸收調(diào)制器，使用InGaAlAs/InAlAs的多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層，狹窄的芯層掩埋在聚酰亞胺材料里，對(duì)光電信號(hào)都產(chǎn)生了較強(qiáng)的約束效應(yīng)，因此能實(shí)現(xiàn)較高的消光比。其另一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電壓極低，僅0.79V。

   2. 激光器：
   英國的研究者采用保偏的摻鉺光纖作為飽和吸收材料，制作了穩(wěn)定的窄線寬的線偏振光纖激光器。使用94mW的泵浦光，該激光器能實(shí)現(xiàn)1535nm、4.7mW的穩(wěn)定輸出。其消光比和信噪比分別達(dá)到24.8dB和45dB。(作者 浙江大學(xué) 宋軍博士)