作者:浙江大學(xué) 宋軍 博士
一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
1.光交換
    現(xiàn)在的光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)主要有三種，即光路交換OCS，光分組交換OPS和光突發(fā)交換OBS。目前研究最成熟，應(yīng)用也最簡(jiǎn)單的是OCS，這是一種完全面向連接的交換方式，網(wǎng)絡(luò)需要為每一個(gè)連接請(qǐng)求建立從源端到目的地端的光路，其優(yōu)點(diǎn)是協(xié)議機(jī)制相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是信道利用率差，不適合容量高速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)要求；而最終光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的目標(biāo)則是要實(shí)現(xiàn)OPS，在該交換技術(shù)里，有效信息載荷緊跟標(biāo)簽信息在同一光路中傳輸，采取單向預(yù)約的機(jī)制，在到達(dá)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)前根據(jù)標(biāo)簽信息決定路由，因此需要一定的緩存時(shí)間。其優(yōu)勢(shì)是帶寬利用率高，適應(yīng)性好，數(shù)據(jù)比特率和格式透明性強(qiáng)，劣勢(shì)是尚存在技術(shù)瓶頸，如光緩存、邏輯運(yùn)算，以及數(shù)據(jù)包同步都較難實(shí)現(xiàn)；而OBS則被認(rèn)為是這兩者之間的過(guò)渡技術(shù)。其結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)卻克服各自的缺點(diǎn)，因此很多研究者認(rèn)為OBS才是近期最優(yōu)商用潛力的光交換技術(shù)。
    首先來(lái)看本期關(guān)于OPS的研究。前面提到OPS存在幾個(gè)明顯的瓶頸，因此目前很多研究都是圍繞如何解決這些瓶頸而開展。本期英國(guó)Bristol大學(xué)的研究者則致力于為OPS應(yīng)用提供一種具有時(shí)間可調(diào)的光緩存技術(shù)。先簡(jiǎn)單提一下光緩存的研究現(xiàn)狀，目前的研究里，可以實(shí)現(xiàn)光緩存的途徑有很多，其中不乏創(chuàng)新性的概念，例如最近很熱門的“慢光效應(yīng)”，這是在去年11月出版的《自然》雜志上，由IBM科學(xué)家開展的一項(xiàng)革命性研究，他們通過(guò)引導(dǎo)光穿過(guò)一個(gè)精心設(shè)計(jì)的被稱為“光子晶體波導(dǎo)管”的多孔硅通道，可以成功將光速降低到不到正常速度的三百分之一。此外，只需通過(guò)為波導(dǎo)管加上一個(gè)電壓，這一設(shè)備的獨(dú)特設(shè)計(jì)還能夠在很大的范圍內(nèi)輕松改變光的速度。從直觀感覺(jué)上看，如果這樣的器件真的能夠引入大規(guī)模實(shí)用，光緩存會(huì)變得不再困難。但是畢竟類似的研究都還在預(yù)研階段，無(wú)論器件成本還是技術(shù)成熟度都距離實(shí)用還很遙遠(yuǎn)，因此似乎目前我們能夠應(yīng)用的光緩存辦法還只有使用光纖延時(shí)線。但也很容易想到，一定長(zhǎng)度的光纖只能起到確定的延時(shí)，而光交換所需要的緩存時(shí)間是可變的，因此就需要附加一些系統(tǒng)或器件，來(lái)實(shí)現(xiàn)可變的延時(shí)。目前已有的解決方案也不少，本期作者采用的方案在結(jié)構(gòu)上是使用有源的交叉節(jié)點(diǎn)光開關(guān)在不同延時(shí)線間作切換，原理上實(shí)際是采用了光時(shí)隙分配（包括時(shí)隙交換、串行－并行轉(zhuǎn)換、脈沖壓縮等操作）技術(shù)。這樣作者能夠?qū)崿F(xiàn)從1到999個(gè)時(shí)隙的可調(diào)延時(shí)。而單個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度其實(shí)也是可變的，這樣可調(diào)延時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍就增加了，光緩存的能力也更強(qiáng)了。
    再來(lái)看本期有關(guān)OBS的研究。North Carolina State大學(xué)的研究者旨在解決突發(fā)交換過(guò)程里固有的網(wǎng)絡(luò)擁堵問(wèn)題，以降低數(shù)據(jù)包的突發(fā)掉落概率。作者試圖在交換過(guò)程里引入一種自適應(yīng)式的路徑選擇機(jī)制。對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)源，都有一個(gè)簡(jiǎn)短的替代路徑列表，并根據(jù)最新的路徑競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)來(lái)給每個(gè)替代路徑進(jìn)行使用優(yōu)先權(quán)的排序。然后讓待交換數(shù)據(jù)使用競(jìng)爭(zhēng)度最小的路徑。在文中，作者比較了兩種路徑選擇方案，即最短路徑選擇和自適應(yīng)的選擇。證明后者更具有優(yōu)勢(shì)。所謂自適應(yīng)選擇，其實(shí)就是給路徑分配一些權(quán)重因子，而分配權(quán)重的方法作者這里使用的一種較為復(fù)雜的，動(dòng)態(tài)靜態(tài)結(jié)合分配的方案。此外，日本National Institute of Informatics的研究者同樣研究了OBS過(guò)程的阻塞率問(wèn)題，作者采用優(yōu)先帶寬分配的方案來(lái)有差別的對(duì)待突發(fā)數(shù)據(jù)包。該篇文章更側(cè)重于原理上的研究，作者用了大量篇幅來(lái)解析的對(duì)OBS系統(tǒng)阻塞率進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.WDM
    對(duì)WDM-PON，長(zhǎng)距離應(yīng)用通常選用基于DFB-LD的光發(fā)射器，但由于基于FP-LD的發(fā)射器更便宜，所以也有很多研究者試圖對(duì)FP-LD的模式性能做一些改進(jìn)，以便讓其能在WDM-PON以及LAN中得到更廣泛的應(yīng)用。本期日本Shibaura Institute of Technology的研究者就對(duì)此作了研究。首先作者使用邊模注入鎖定的辦法來(lái)讓發(fā)射機(jī)獲得穩(wěn)定的單縱模輸出，并研究了系統(tǒng)對(duì)注入功率、波長(zhǎng)去諧、啁啾等因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響。然后作者還從理論和實(shí)驗(yàn)上分別驗(yàn)證了使用不連續(xù)光做注入鎖模的可行性，其結(jié)論是雖然可行，但要承擔(dān)一定的性能惡化風(fēng)險(xiǎn)。
3.OCDMA
     現(xiàn)為日本國(guó)立信息與通信技術(shù)研究機(jī)構(gòu)（NICT)高級(jí)研究員的王旭是這兩年國(guó)際上對(duì)OCDMA研究比較活躍也比較有代表性的人物之一。在這個(gè)領(lǐng)域里，他做過(guò)許多有益貢獻(xiàn)，例如在04年他設(shè)計(jì)研制了世界上最長(zhǎng)（511位），最快（640G/秒）的OCDMA編/解碼器；05年他主持完成了世界上第一個(gè)OCDMA網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)；同年主持完成了世界上最高容量（10×10.7Gbps）的多用戶異步OCDMA網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)等。本期，王所在的研究組有一篇論文是關(guān)于混合OCDMA/OPS網(wǎng)絡(luò)的。作者認(rèn)為OPS是未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)最有實(shí)用潛力的光交換技術(shù)，也認(rèn)為OCDMA是未來(lái)數(shù)年最有潛力的光接入技術(shù)。因此把兩項(xiàng)技術(shù)如果結(jié)合使用，理所當(dāng)然的會(huì)有很好的效果。在文中，作者使用光碼分多址之處在光標(biāo)簽，即使用光碼分復(fù)用的光標(biāo)簽（OC-label）。作者指出使用這樣的光標(biāo)簽有利于傳輸交換可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)包。而對(duì)光碼分復(fù)用的編解碼作者采用了PLC與超精細(xì)FBG相結(jié)合的技術(shù)。其實(shí)作者類似的研究已經(jīng)在去年的ECOC上有過(guò)簡(jiǎn)單的報(bào)導(dǎo)，當(dāng)然這次的更加深入一些。
    此外法國(guó)的一項(xiàng)研究很細(xì)節(jié)化，即對(duì)利用FBG對(duì)直接序列擴(kuò)頻光纖碼分多址（DS-OCDMA）系統(tǒng)進(jìn)行編解碼效果的測(cè)定。作者采用的測(cè)量?jī)x器主要是一個(gè)光低相干反射儀(OLCR)，其主要工作原理是使用微米空間分辨率測(cè)量單模光學(xué)設(shè)備的反射分布。因此它很容易獲得FBG的反射波長(zhǎng)以及物理長(zhǎng)度等相關(guān)信息。而對(duì)其干涉圖譜的測(cè)量則可以精確反映編解碼的相關(guān)信息。
4.其它研究：
    （1）希臘的研究者報(bào)導(dǎo)了其最新研制的40Gb/s的異步自路由光網(wǎng)絡(luò)。所謂自路由，是指每個(gè)數(shù)據(jù)包都具有分層的光標(biāo)簽，每一層對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包含相應(yīng)的控制信號(hào)，以決定數(shù)據(jù)包被連接到合適的節(jié)點(diǎn)或進(jìn)入下一個(gè)hop。然后再這樣一hop一hop的判斷下去。顯然其最明顯的優(yōu)勢(shì)就是操作簡(jiǎn)單；（2）Bell的研究者利用電子時(shí)分復(fù)用器制作了107Gb/s的光發(fā)射機(jī)，為了突破調(diào)制極限，作者結(jié)合使用了低帶寬下的光多進(jìn)制調(diào)制和光學(xué)均衡兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；（3）清華的研究者利用兩個(gè)環(huán)狀注入鎖模光纖激光器做時(shí)鐘恢復(fù)，用電吸收調(diào)制器做再整形的光學(xué)判定門，從而制作了面向40Gb/s光網(wǎng)絡(luò)的3R再生器；（4）以色列的研究者研究了長(zhǎng)距離通訊系統(tǒng)，線內(nèi)濾波對(duì)信號(hào)強(qiáng)度抖動(dòng)的影響，作者證明，依據(jù)濾波器的位置不同，濾波既可能讓強(qiáng)度抖動(dòng)加強(qiáng)，卻也可能起到抑制強(qiáng)度噪聲的作用。因此如果合理分配這些濾波器，可能很好的改善系統(tǒng)性能。
二、有源器件：
    對(duì)高速光收發(fā)模塊，常常需要將高速驅(qū)動(dòng)及收發(fā)電路這些電器元件，和光學(xué)模塊集成在一起。這就要求光模塊部分本身具有良好的電磁抗擾性。很容易想到，在一個(gè)器件外面加一個(gè)金屬殼就能有效屏蔽電磁干擾。本期臺(tái)灣中山大學(xué)的研究者針對(duì)有源模塊的電磁屏蔽，提供了一種性價(jià)比更好的封裝技術(shù)。即試圖用塑料來(lái)屏蔽電磁波。但聚合物材料本身對(duì)電磁輻射是透明的，起不到屏蔽作用，因此要想應(yīng)用在這個(gè)方向，必然需要改變材料結(jié)構(gòu)。作者這里采用了一種被稱為炭纖環(huán)氧化合物的材料，在有源模塊上涂覆1mm的該材料，可以屏蔽10GHz左右電磁輻射60dB左右。
    Wales大學(xué)的研究者就偏振對(duì)VCSEL激光器的影響作了研究。器件中光反饋環(huán)的偏振改變主要會(huì)影響VCSEL激光器的強(qiáng)度噪聲和偏振穩(wěn)定性兩個(gè)量。對(duì)強(qiáng)度噪聲，還要看反饋的強(qiáng)弱，如是弱反饋，則附加強(qiáng)度噪聲主要分布在低頻段，而對(duì)強(qiáng)反饋，則強(qiáng)度噪聲會(huì)均勻分布在整個(gè)光譜范圍內(nèi)。同時(shí)作者證明使用偏振選擇性的反饋，有利于通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)保證器件偏振的穩(wěn)定性。
    此外，NEC的研究者，研究了外腔可調(diào)激光器的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)精確性問(wèn)題。作者通過(guò)在內(nèi)腔使用一個(gè)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)具作參考，可以將波長(zhǎng)調(diào)節(jié)的精度控制在0.6GHz以內(nèi)。且能在整個(gè)C波段實(shí)現(xiàn)間隔50GHz的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)。
三、無(wú)源器件：
    加拿大Communications Research Centre的研究者使用一種叫做PFCB的聚合物材料制作了AWG。比起用其它材料制作的同類解復(fù)用器，該器件具有低損耗，熱穩(wěn)定性好，折射率容易調(diào)節(jié)，容易制作等優(yōu)勢(shì)。