7/23/2006,   作者 浙江大學(xué) 宋軍博士  一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
   1. WDM:
   在WDM-PON里二次調(diào)制是保證ONT波長(zhǎng)獨(dú)立工作并節(jié)省資源的有效手段。所謂二次調(diào)制，就是直接在ONT下載信號(hào)后，對(duì)相應(yīng)載波再次調(diào)制，以上載信號(hào)供傳輸。對(duì)這樣的使用，反射式的半導(dǎo)體光放大器（RSOA）被認(rèn)為是最佳的二次調(diào)制器。但是通常下載信號(hào)不能做得很徹底，因此載波會(huì)殘留部分下載信號(hào)，直接在這樣的載波上進(jìn)行二次調(diào)制，上載信號(hào)會(huì)具有相對(duì)較低的消光比。此外上載信號(hào)質(zhì)量還受到了RSOA注入功率大小的限制，因此做到優(yōu)良的二次調(diào)制也并不容易。為了改進(jìn)上載信號(hào)質(zhì)量，前兩年NTT報(bào)導(dǎo)了一項(xiàng)研究成果，他們依靠級(jí)聯(lián)WDM濾波器，對(duì)二次調(diào)制信號(hào)有選擇的進(jìn)行了頻譜濾波，進(jìn)而改進(jìn)了消光比。本期韓國(guó)的研究者在此基礎(chǔ)上做了改進(jìn)研究，想進(jìn)一步改善上載信號(hào)質(zhì)量。首先立足對(duì)眼圖和功耗特性作研究，作者認(rèn)為級(jí)聯(lián)WDM濾波器對(duì)上載信號(hào)的作用主要來(lái)自兩方面，即RSOA的增益飽和效應(yīng)的影響（即增益飽和效應(yīng)對(duì)上載信號(hào)起到強(qiáng)度譜壓縮的作用，進(jìn)而提高了消光比）和頻率去諧作用的影響。實(shí)驗(yàn)中在中央節(jié)點(diǎn)作者使用了蝴蝶型的DFB-LD模塊發(fā)射下載信號(hào)，復(fù)用器使用高斯頻譜的AWG器件，經(jīng)過(guò)四個(gè)AWG的四次級(jí)聯(lián)濾波后，作者觀測(cè)到上載信號(hào)已經(jīng)完全去諧。為了進(jìn)一步改善二次調(diào)制質(zhì)量，作者在每個(gè)RSOA前又連接了一個(gè)FP標(biāo)準(zhǔn)具做濾波，作者證明這樣可進(jìn)一步改善消光比特性。此外如果級(jí)聯(lián)濾波去諧過(guò)度，該標(biāo)準(zhǔn)具的加入也可起到矯枉過(guò)正的作用。
   2. 光交換：
   在全光網(wǎng)絡(luò)中，光標(biāo)簽交換（OLS）是很受關(guān)注的技術(shù)，它在能維持較高比特率的同時(shí)，也能維持相對(duì)較低的營(yíng)運(yùn)成本。對(duì)OLS標(biāo)簽與有效載荷的調(diào)制方式有許多研究，但目前關(guān)注度最高的還是正交調(diào)制方式，例如對(duì)標(biāo)簽和有效載荷分別進(jìn)行ASK/FSK編碼，或分別進(jìn)行ASK/DPSK編碼。正交調(diào)制受到關(guān)注是因?yàn)樗�能提供最高的光譜效率。然而該方法也有一些缺點(diǎn)，最明顯的是標(biāo)簽和有效載荷信號(hào)間的消光比不能很大，否則會(huì)引起兩者信號(hào)的交互退化。為了克服這個(gè)缺陷，也有一些研究被開(kāi)展，本期Princeton的一項(xiàng)研究使用了雙臂的鈮酸鋰調(diào)制器來(lái)對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以改變信號(hào)脈寬，進(jìn)而調(diào)節(jié)消光比。思路簡(jiǎn)單的說(shuō)是這樣的：用NRZ信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)雙臂調(diào)制器，首先調(diào)節(jié)調(diào)制器的直流偏壓到一個(gè)確定的值，以便讓輸出光信號(hào)的功率可以達(dá)到最大。再讓NRZ電信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)功分器，分為大小相等的兩部分，且控制其大小小于鈮酸鋰調(diào)制器的半波電壓。調(diào)節(jié)兩路信號(hào)間的時(shí)延，再用兩路信號(hào)去驅(qū)動(dòng)調(diào)制器，最后可以獲得具有較好消光比特性的RZ信號(hào)。依靠這樣的方法，作者在實(shí)驗(yàn)中獲得了2.5Gb/s的RZ標(biāo)簽，和10Gb/s的DPSK有效載荷，在標(biāo)簽交換過(guò)程里，實(shí)驗(yàn)顯示使用SOA的增益飽和效應(yīng)，標(biāo)簽信息幾乎可以完全擦除，且標(biāo)簽和載荷信息可以以10-10的低誤碼率得到有效分離。

   二、無(wú)源器件：
   1. 集成器件：
   本期PTL有一篇我發(fā)表的論文是關(guān)于降低刻蝕衍射光柵波分復(fù)用器回?fù)p的�？涛g衍射光柵光柵（EDG）和陣列波導(dǎo)光柵（AWG）都是重要的集成波分復(fù)用器。前者由于采用反射式結(jié)構(gòu)，因此比AWG具有更緊湊的結(jié)構(gòu)，且由于刻蝕光柵齒數(shù)可以做得遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于AWG的陣列波導(dǎo)數(shù)，因此具有更高的頻譜分辨率。但EDG光柵制作依賴深刻蝕工藝，制作難度大于AWG，因此遠(yuǎn)沒(méi)有AWG商用化做得好。AWG工作時(shí)，光始終都是透射的，而EDG由于有一個(gè)反射單元，因此回?fù)p遠(yuǎn)大于AWG。回?fù)p能造成激光器抖動(dòng)，進(jìn)而影響波長(zhǎng)控制。本期我對(duì)器件有兩個(gè)改進(jìn)設(shè)計(jì)，以便降低回?fù)p，一是放置輸入波導(dǎo)在衍射譜強(qiáng)度極小位置；二是通過(guò)對(duì)光柵衍射級(jí)做啁啾設(shè)計(jì)，徹底壓制來(lái)自相鄰衍射級(jí)的能量，即近似得到只有一個(gè)自由光譜的頻譜響應(yīng)。通過(guò)兩個(gè)設(shè)計(jì)，可以將EDG的回?fù)p壓制在40dB以下，得到了和AWG相當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)。類似的啁啾衍射級(jí)設(shè)計(jì)方法還可以用在其他領(lǐng)域，相關(guān)的研究正在進(jìn)行中。
   就像光纖光柵一樣，也可以在波導(dǎo)里寫(xiě)入波導(dǎo)Bragg光柵。且由于波導(dǎo)的靈活結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)Bragg光柵可以比光纖光柵具有更加靈活的寫(xiě)入方式，也可具有更多的應(yīng)用。例如可以寫(xiě)入傾斜的光柵，也可以在一塊波導(dǎo)內(nèi)重復(fù)寫(xiě)入多個(gè)光柵。本期加拿大的研究者以硼酸鹽玻璃的離子交換波導(dǎo)為基礎(chǔ)，研究了用飛秒激光器寫(xiě)入Bragg光柵的工藝。相比光纖光柵，該方法寫(xiě)入的波導(dǎo)光柵具有大的多的折射率調(diào)制度。大的折射率調(diào)制度可以讓波導(dǎo)光柵具有比光纖光柵更廣的用途，比如可以直接集成在波分復(fù)用器后面，對(duì)信號(hào)作色散補(bǔ)償。

   2. 光纖器件：
   Interleaver在WDM網(wǎng)絡(luò)里是一種很重要的無(wú)源器件，利用干涉的原理可以將不同波長(zhǎng)信號(hào)按照奇偶通道分開(kāi)，這樣緩解了對(duì)WDM窄通道間隔設(shè)計(jì)與應(yīng)用的難度。例如將一200GHz的AWG與一個(gè)interleaver相連，可以起到100GHz間隔復(fù)用的效果。通常的interleaver都基于集成工藝制作，本期蘭州交通大學(xué)的研究者報(bào)導(dǎo)了他們制作的全光纖interleaver。光先通過(guò)一個(gè)3×3的耦合器，耦合器上下兩通道由一根環(huán)行光纖連接，中間一根光纖邊緣有反射鏡。中間光纖和光纖環(huán)都有偏振控制器。這樣分束后的順逆時(shí)針回程信號(hào)可具有相同偏振態(tài)，這些信號(hào)最終再經(jīng)過(guò)一個(gè)2×2的耦合器干涉。之所以這樣設(shè)計(jì)，是因?yàn)槌�了能依靠干涉分離相鄰波長(zhǎng)通道信號(hào)外，還能讓頻譜響應(yīng)平坦化，降低波長(zhǎng)控制的壓力。作者也介紹了其器件的制作工藝，兩個(gè)耦合器都可以通過(guò)熔融拉錐技術(shù)得到。
   很多光纖器件，如啁啾的光纖光柵等都能對(duì)周期性或非周期性脈沖進(jìn)行色散補(bǔ)償。然而當(dāng)僅對(duì)周期性脈沖色散補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，會(huì)有一些更簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法。本期以色列的研究者就提出一種利用光纖延時(shí)線來(lái)對(duì)周期脈沖色散補(bǔ)償?shù)姆桨�。原理上是利用時(shí)域上的泰伯效應(yīng)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是對(duì)特定的延時(shí)線結(jié)構(gòu)，能讓脈沖通過(guò)后周期性的成像，當(dāng)然在成像的同時(shí)脈沖被加上了預(yù)定的時(shí)延或相移。作者首先從理論上推導(dǎo)了這一過(guò)程，然后開(kāi)展了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。兩者吻合的很好。

   三、有源器件：
   1. 半導(dǎo)體激光器：
   現(xiàn)在，依靠分子束外延技術(shù)，生長(zhǎng)具有低電流閾值密度，高特征溫度等品質(zhì)優(yōu)良的量子點(diǎn)激光器已經(jīng)成為可能。本期St. Andrews大學(xué)的研究者指出，目前就溫度如何影響鎖模量子點(diǎn)激光器的性能，還沒(méi)有系統(tǒng)性的研究。所以本期作者報(bào)導(dǎo)了其相關(guān)的研究工作。實(shí)驗(yàn)表明在20-70攝氏度范圍內(nèi)，鎖模量子點(diǎn)激光器都能維持信噪比好于20dB，-3dB帶寬也能維持在80kHz以下，可見(jiàn)在這個(gè)溫度范圍內(nèi)器件工作性能基本穩(wěn)定。但70攝氏度可以看作該器件性能保持穩(wěn)定的臨界點(diǎn)，當(dāng)超過(guò)該溫度，性能迅速惡化。當(dāng)?shù)搅?0攝氏度的時(shí)候，信噪比下降到了15dB，-3dB帶寬更達(dá)到了700kHz。同時(shí)作者也指出，要想改善器件在高溫區(qū)域的穩(wěn)定性，必須降低吸收層的反向偏壓。
   此外，Glasgow大學(xué)的研究者利用共振溝道二極管來(lái)做半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)器，可以讓器件以雙穩(wěn)態(tài)工作，這非常方便用該激光器來(lái)對(duì)高速NRZ信號(hào)進(jìn)行調(diào)制；Southampton大學(xué)的研究者研究了利用非相干光源的限譜系統(tǒng)來(lái)壓制半導(dǎo)體光放大器的噪聲，并將這樣的結(jié)構(gòu)用在了光發(fā)射機(jī)里面，很好地抑制了激光發(fā)射的噪聲。然而作者也指出這種噪聲抑制的效果也會(huì)隨著色散的增大或使用濾波器而下降。

   2. 光纖激光器：
   多波長(zhǎng)光纖激光器是一種重要的全光纖器件，能夠取代LD陣列，用在WDM網(wǎng)絡(luò)里。現(xiàn)在很多多波長(zhǎng)光纖激光器都是以稀土摻雜光纖激光器為基礎(chǔ)，結(jié)合激光腔內(nèi)的多層增益、時(shí)間－光譜復(fù)用、增益譜平坦化、以及多次四波混頻等效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。再結(jié)合其他技術(shù)這些激光器還可做到波長(zhǎng)可調(diào)。然而通常這些可調(diào)的光纖激光器由于腔長(zhǎng)較長(zhǎng)，而對(duì)環(huán)境變化敏感，因此脈沖強(qiáng)度時(shí)間穩(wěn)定性不好。且也容易受到譜域高階模噪聲的影響。本期清華大學(xué)的研究者提出了一種新的多波長(zhǎng)摻鉺光纖激光器的設(shè)計(jì)方法，主要基于色散腔內(nèi)的非線性偏振旋光效應(yīng)，該效應(yīng)既發(fā)生在單通道兩正交偏振態(tài)之間，也存在于不同波長(zhǎng)通道之間。利用該效應(yīng)制作的多波長(zhǎng)光纖激光器不僅性能更加穩(wěn)定，而且可以有效抑制高階模噪聲的影響。

   3. 可調(diào)OADM：
   基于全光纖結(jié)構(gòu)或氧化硅波導(dǎo)的OADM器，已經(jīng)廣泛利用熱光效應(yīng)來(lái)做到可重構(gòu)應(yīng)用。然而這些可調(diào)器件一般較長(zhǎng)，最少幾個(gè)厘米，而且調(diào)節(jié)效率也不高，在4.1 nm/W左右。本期NEC的研究者基于硅納米線工藝制作了可調(diào)的OADM器，器件首先仍是一個(gè)MZ干涉儀結(jié)構(gòu)，中間兩個(gè)臂上都寫(xiě)入了Bragg光柵，且兩長(zhǎng)臂都鍍了電極，依靠電極的電流來(lái)改變芯片溫度，仍基于熱光效應(yīng)改變Bragg光柵的Bragg反射波長(zhǎng)，以此來(lái)做到可調(diào)的加減復(fù)用。首先器件非常小，只有0.3mm×0.7mm左右。其次調(diào)節(jié)效率也很高，實(shí)驗(yàn)顯示電流功率改變0.82W，波長(zhǎng)就漂移了6.6nm。