作者，浙江大學(xué) 宋軍 博士
   一、網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：

   對長距離通訊，使用EDFA或拉曼放大器都是保證系統(tǒng)性能所必須的。但對短距離通訊，往往成本的權(quán)重高于性能，這時候很多人認(rèn)為使用半導(dǎo)體光放大器SOA更有吸引力，因為它具有尺寸小，功耗低，高放大率，大帶寬、且方便于雙向工作等優(yōu)勢。然而以往的實驗顯示SOA很難用于具有強度調(diào)制格式的光網(wǎng)絡(luò)中，因為在WDM相鄰?fù)ǖ篱g使用SOA，很容易產(chǎn)生交叉增益調(diào)制XGM效應(yīng)，既產(chǎn)生了功耗損傷，也容易產(chǎn)生第三波長導(dǎo)致串?dāng)_。本期有兩篇來自意大利的研究均探索了中段距離使用SOA作放大器的可行性。（1）其中一篇主要采取了兩項改進技術(shù)，其一是在基于DPSK格式調(diào)制信號的同時，使用SOA接近飽和的部分來放大，既保持了較高的輸出增益，也能避免大的XGM效應(yīng)；其二是使用窄帶通的光濾波器來實現(xiàn)對DPSK信號的快速解調(diào)，這可以有效提升系統(tǒng)對色散的公差，使得不需要色散補償?shù)臉O限距離提高到250km以上。顯然對100km上下的中短距離通訊不再需要色散補償，因此成本會得到有效壓縮。實驗里，作者測試了一個16×10Gb/s的WDM網(wǎng)絡(luò)，在140km的工作距離內(nèi)，僅使用了兩個商用的SOA做放大器，信號最大功耗僅為1.4dB；（2）另外一篇采用和上述相似的系統(tǒng)和新技術(shù)，但聚焦于WDM網(wǎng)采用SOA做放大來實現(xiàn)雙向工作模式的實現(xiàn)，其雙向工作距離120km后，最大功耗為1.8dB，這也是采用SOA作放大器實現(xiàn)的最長雙向WDM傳輸?shù)挠涗洝．?dāng)然穩(wěn)定的性能還要歸功于DPSK調(diào)制格式的使用，因為它有效抑制了短距離內(nèi)色散的影響，也避免了XGM效應(yīng)對信號的影響。

   盡管本質(zhì)上還有許多劣勢，但比起其它協(xié)議，以太網(wǎng)還具有簡單、成本低、高速等相對優(yōu)勢，因此該協(xié)議在某些小范圍的局域網(wǎng)，如校園網(wǎng)等還是很有應(yīng)用潛力的。目前面向以太網(wǎng)的1－10Gb/s的網(wǎng)卡都已商用化了。且傳輸速度正以10Gb/s為臺階在跳躍性增加。但一般來說100Gb/s的調(diào)制速度是以太網(wǎng)的工作上限�？紤]到適合這樣調(diào)制速度應(yīng)用的關(guān)鍵電子元件，如調(diào)制器和探測器都沒有成熟的產(chǎn)品，所以目前主流研究方向還是使用積分相位漂移鍵控（QPSK）的調(diào)制格式來實現(xiàn)。本期Arizona大學(xué)的研究者則提供了另一種方案，作者采用正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)并使用一些商用元件實現(xiàn)了100Gb/s的以太網(wǎng)工作。OFDM是一種典型的多載波傳輸模式，即把信息流發(fā)送到幾個低比特率的子通道進行傳輸。作者的系統(tǒng)在25GHz帶寬上使用了64個子載波通道，其中50個通道用來傳輸每個2Gb/s的有效信息，信息采用QPSK調(diào)制。另外16個通道用于傳輸前向糾錯等鍵控信號。作者實驗也發(fā)現(xiàn)，其實這樣的鍵控信號最多只占用4個子通道就可以了。因此同樣的系統(tǒng)實際可以有60個子通道用于傳輸有效信息，這樣系統(tǒng)傳輸容量可以達(dá)到120Gb/s。在實驗里，作者用該系統(tǒng)傳輸同上速率信號3480km后，系統(tǒng)綜合性能仍較好。

   在光網(wǎng)絡(luò)里，特別是光交換網(wǎng)里對信號的再恢復(fù)有個著名的簡稱，叫3R，即reamplification, reshaping和 retiming。對一個長距離網(wǎng)絡(luò)，多次級聯(lián)（多跳）以后，損耗、自發(fā)輻射噪聲、串?dāng)_、色散以及非線性效應(yīng)都會被累計，進而對信號質(zhì)量造成損傷。而3R操作是抑制這些影響，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。本期California大學(xué)的研究者利用基于MZ干涉儀結(jié)構(gòu)的SOA來完成reamplification, reshaping操作，而使用FP濾波器來做全光時鐘恢復(fù)，可以實現(xiàn)retiming操作。將這樣的3R系統(tǒng)應(yīng)用于10Gb/s的光標(biāo)簽交換OLS網(wǎng)絡(luò)里，在傳輸經(jīng)過101次級聯(lián)（即101 hops）后，系統(tǒng)仍能有效避免信號質(zhì)量退化；此外本期里還有一篇日本科學(xué)院的研究，作者對160Gb/s的高速傳輸網(wǎng)實現(xiàn)retiming提供了可行的技術(shù)方案，其主要利用了注入鎖模技術(shù)和光時分復(fù)用技術(shù)。

   網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面的研究主要還有：（1）在PON方面，為了增大網(wǎng)絡(luò)傳輸容量，降低系統(tǒng)成本，韓國的研究者采用了WDM與多副載波接入（SMCA）結(jié)合的技術(shù)方案。系統(tǒng)讓三個副載更適合高速網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用；（3）Columbia大學(xué)的研究者基于渦輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立了12×12的光分組交換網(wǎng)絡(luò)，采用這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以讓分組交換變得更佳靈活高效，例如可以讓載荷長度從48到384字節(jié)發(fā)生變化；（4）香港Baptist的研究者對城域WDM-PON做了研究，其網(wǎng)絡(luò)中心沒有使用常用的AWG，而使用了多個星型耦合器，這樣除了能實現(xiàn)和AWG同樣的功能外，還依靠不對稱的在各耦合器間分配流量來實現(xiàn)流量不均勻的傳輸，此外由于星型耦合器的結(jié)構(gòu)，很適合系統(tǒng)拓展。如果需要獲得更大的通訊容量，只要再多連接幾個這樣的耦合器就好了。

   二、有源器件：

   1. 半導(dǎo)體激光器：

   以前曾提到過將VCSEL激光器輻射向長波化發(fā)展是該方向研究的熱點，本期韓國RayCan Co., Ltd.公司的一項研究很值得推薦，他們利用MOCVD的全外延工藝，能夠生產(chǎn)輻射完全覆蓋1.3到1.6微米的大光譜范圍的VCSEL激光器。當(dāng)然器件中也使用了量子阱結(jié)構(gòu)。這樣寬譜的輻射，使得器件可以應(yīng)用于CWDM網(wǎng)絡(luò)里。工藝上，作者在一塊InP基底上，無源層依靠低壓MOCVD工藝一次性沉積出來。而只有半波長厚的有源區(qū)域卻包含了7對帶有應(yīng)力補償?shù)牧孔于褰Y(jié)構(gòu)。經(jīng)過測試，激光器能獲得相當(dāng)優(yōu)越的性能，其單模輸出功率大于1.1mW，旁瓣抑制比大于37dB。

   此外，半導(dǎo)體激光器的相關(guān)研究主要還有：（1）韓國Photonics Technology Institute的研究者將基于Rowland圓結(jié)構(gòu)的刻蝕光柵波分復(fù)用器的輸入端與有源激光器集成在一起，而輸出端裝配可調(diào)的SOA來對輸出波長來調(diào)節(jié)，這樣成功制作了具有大調(diào)節(jié)范圍的可調(diào)激光器，能用于WDM網(wǎng)絡(luò)；（2）Australian National大學(xué)的研究者則對量子點激光器進行局域有選擇性的外延生長，在輸出端附近得到了低損耗的無源光波導(dǎo)。這樣的激光器更容易與光纖實現(xiàn)低損耗的穩(wěn)定連接；（3）意大利的研究者探索了利用分子束外延生長高效率量子點激光器的工藝，實驗里也是在有源區(qū)先后長了7對量子阱結(jié)構(gòu)，這和前面剛談到的的MOCVD工藝生長的量子阱數(shù)量相同，但現(xiàn)在工藝獲得的發(fā)射效率卻高很多。

   2. 空間器件：

   動態(tài)可調(diào)的光譜濾波器，通常由光柵和一些分立光學(xué)器件組成，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在光交換、光譜平坦化以及頻譜監(jiān)控等領(lǐng)域。典型的可調(diào)濾波器分為兩類，第一類是單通可調(diào)濾波器。它一般由帶通濾波器、分光計，轉(zhuǎn)鏡、空間濾波器等元件組成。這里空間濾波器是固定的，但濾波的中心波長可以通過轉(zhuǎn)鏡偏轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)。而第二類可調(diào)濾波器的核心元件通常是具有波長選擇性的開關(guān)組和光譜均衡器，區(qū)別于第一類濾波器，該類濾波被稱為雙通模式�？臻g濾波器本身由MEMs陣列或液晶組成，能夠進行可重構(gòu)的濾波，然后信號再經(jīng)過光柵得到一個或多個輸出。本期JDSU的研究者針對第二類濾波器做了改進，以使濾波器結(jié)構(gòu)更加緊湊。作者采用的是一個典型的4f光學(xué)系統(tǒng)，其中心平面放了一個光柵，光柵后緊緊跟著MEMs反射鏡，通過鏡子轉(zhuǎn)動可以實現(xiàn)對光柵閃耀波長進行選擇，從而控制反射回的波長，在4f系統(tǒng)的初始端放置了空間濾波器，來對反饋信號作選擇濾波。這樣的系統(tǒng)可以實現(xiàn)36nm譜寬的濾波。

   為了實現(xiàn)對DPSK格式信號的有效解調(diào)，目前有一種基于MZ干涉儀改良結(jié)構(gòu)的解調(diào)器被稱為MZ延時干涉儀（MZDI），與通常MZ干涉儀相比，該類器件明顯差別是一個干涉臂遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于另一個，大約可以造成兩臂信號間一個字節(jié)左右的延時。目前這樣的結(jié)構(gòu)在集成波導(dǎo)或光纖上都很容易實現(xiàn)。本期朗訊的研究者對該器件做了拓展研究，器件中集成了一個光開關(guān)，這樣可以切換解調(diào)速率，因此器件可以同時對10.7Gb/s和43Gb/s兩種調(diào)制速率的信號進行解調(diào)。另外器件里也集成了一個VOA，用以使輸出信號的功率均衡化。該器件一個明顯性能優(yōu)勢是對低調(diào)制速率信號能夠?qū)崿F(xiàn)偏振無關(guān)的解調(diào)。

   三、無源器件：

   CWDM使用20nm的頻譜間隔，且本身譜寬較大，易設(shè)計獲得平坦的頻譜響應(yīng)。因此CWDM完全可以避免由于激光器溫漂對探測功率的影響，避免了溫控部分的使用。通常的CWDM器有兩種結(jié)構(gòu)，一類是光柵型，如AWG，而另一類為濾波型，如薄膜濾波器、interleave濾波器等。Interleave濾波器相對AWG具有更加簡單的結(jié)構(gòu)，但由于其對頻率具有周期性濾波作用，所以很難精確實現(xiàn)等波長間隔的濾波。最大波長差異甚至能到4nm左右，盡管CWDM具有大的平頂3dB帶寬，但4nm的波長漂移仍然無法被系統(tǒng)接受，會引起大的探測損耗。本期NTT的研究者對該結(jié)構(gòu)濾波器做了改進，在兩個interleave濾波器間加入調(diào)相耦合器，即用幾個小的耦合器級聯(lián)，通過控制每個耦合器的臂長差異來對interleave濾波相位進行微調(diào)，這樣能夠補償波長漂移�？窟@樣的方法，作者使用氧化硅材料，制作了一個20nm波長間隔的8通道CWDM器，其波長漂移可以控制在正負(fù)0.5nm左右，這樣全部通道最大插損也僅1.7dB。