一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng):
1. 無源光網(wǎng)絡(luò)(PON):
PON是一種點對多點的光纖通訊組網(wǎng)模式。按照目前的技術(shù)差異,主要有APON、EPON、GPON、WDM-PON,以及幾種的交叉和改進模式。本期比利時的研究者有個關(guān)于GPON的研究。先簡單回顧一下GPON的一些基本情況。采用GPON技術(shù),從OLT到ONT的傳輸距離可以達到37km;理論可支持的分束比可達到32個,即一個OLT可以廣播式發(fā)送到32個ONT單元;下載比特率可達到2.5Gb/s左右,上載信號可以達到1.25Gb/s;采用CWDM技術(shù),在單根光纖里可以支持8個波長的復用;為了維持較好的網(wǎng)絡(luò)性能,必須采用光纖保護、網(wǎng)絡(luò)保護以及前向糾錯等子系統(tǒng)。本期這篇文章的主要研究內(nèi)容是實驗顯示了Reed-Solomon前向糾錯(FEC)后,對GPON光信號增益進行的改進,證明這樣可以保證較高的分束比。Reed Solomon-FEC通常采用輔助信息和主信息同時傳輸,若主信息丟失或接收誤碼, 輔助信息可以重構(gòu)主信息。作者證明采用這樣的FEC后,可以將GPON的光學增益改進2.3-2.7 dB左右。有了這樣的增益余量后,作者認為可以在發(fā)射端使用更便宜的FP激光器來降低系統(tǒng)成本。
此外,對WDM-PON,NTT的研究者提出可以通過合理控制兩個相鄰波長通道間的相位,并采用鎖相技術(shù),這樣,作者證明可以有效降低非線性帶間串擾帶來的波前扭曲。同時再采用預補償?shù)茸酉到y(tǒng),可以消除FWM帶來的影響。這些工作非常有利于密集波分復用系統(tǒng)的推廣和實用。
2. 調(diào)制格式:
在光通訊中,強度位移鍵控(ASK)和差分相移監(jiān)控(DPSK)是分別針對強度和相位進行信號調(diào)制的技術(shù)。從宏觀角度看,兩種調(diào)制方式有本質(zhì)區(qū)別,因此對同一個載波,可以同時進行兩種調(diào)制,使得譜利用率達到最優(yōu)化。這就是所謂的ASK-DPSK混合調(diào)制格式。本期香港中文大學的研究者對這樣的混合調(diào)制格式做了研究。重點在于分析色散公差對該格式應(yīng)用的影響。作者證明色散對信號質(zhì)量的惡化,并不單單作用在ASK或DPSK子通道內(nèi)部。而是對兩種格式的交互作用更為突出。簡單的說,就是使用了這種混合格式,色散對傳輸?shù)挠绊憰葐为毷褂脙煞N格式任意一個都嚴重的多。還是通過如何高效利用該調(diào)制格式的思路,作者進一步探討了如何避免色散對該混合格式的影響。作者演示了通過使用聯(lián)合最大似然序列檢測(J-MLSE),可以有效抑制兩種格式間的信號串擾。所謂MLSE,是微波里應(yīng)用非常廣泛的信號檢測技術(shù)。通過測量的信號,采用統(tǒng)計的方法對數(shù)據(jù)最大似然精確評估。利用系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)符號等概率出現(xiàn),則對應(yīng)系統(tǒng)出錯概率最小的原理,MLSE可被用來有效抑制信號串擾。作者使用該方法后證明,這樣的混合格式還是能夠應(yīng)用于長距離光網(wǎng)絡(luò)中的。
此外,Arizona大學的研究者通過將RZ-OOK格式信號的初始相位選擇到適當大小,證明可以有效抑制由四波混頻(FWM)產(chǎn)生的“鬼脈沖”,并能將Q參數(shù)改進7.5dB左右。
3. 系統(tǒng)性能:
韓國的研究者報導了一項有關(guān)補償光纖傳輸里FWM的研究方案。比如對一個WDM系統(tǒng)。使用了W1和W2兩個波長。傳輸一定距離以后,由于FWM效應(yīng),在W1左側(cè)和W2右側(cè)各產(chǎn)生新的波長W3和W4。通常在W1(W2)與W3(W4)之間的消光比在20dB左右,這對長距離通訊是不夠的,很容易產(chǎn)生誤碼。作者將這樣的混頻信號通過一段高非線性光纖(HNLF),并使用另一個泵浦激光器,其波長P1恰好在HNLF的零色散波長位置。這樣,經(jīng)過該系統(tǒng)后,繼續(xù)產(chǎn)生混頻,相繼產(chǎn)生P2、P3,以及與P1對稱位置的四個新波長C1、C2、C3和C4。其中C1和C2對應(yīng)W1和W2,而C3和C4則對應(yīng)原混頻信號W3和W4。通過對發(fā)射波長功率以及泵浦功率的有效調(diào)節(jié),作者可以將C1(C2)與C3(C4)的消光比調(diào)節(jié)到30dB以上。這樣就降低了誤碼的幾率。顯然現(xiàn)在信號波長已經(jīng)變化了,要維持原波長探測還需要波長轉(zhuǎn)換器件。
此外,德國的研究者研究了PDL與高階PMD交互作用對系統(tǒng)性能的影響;西班牙的研究者研究了Rayleigh散射對雙向通訊系統(tǒng)的影響,并建議使用一個導航信號來避免串擾。
對網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)控,隨著目前的技術(shù)發(fā)展,逐漸顯現(xiàn)了三點主要技術(shù)要求,一是要求同一監(jiān)控系統(tǒng)盡可能的監(jiān)控更多的網(wǎng)絡(luò)性能(如功耗、信噪比、色散、PMD等);二是要求監(jiān)控器的響應(yīng)時間必須和網(wǎng)絡(luò)交換響應(yīng)時間一致,以便能夠?qū)ν话l(fā)信號進行監(jiān)控;三是能對多通道同時監(jiān)控。本期有篇監(jiān)控器的文章來有:(1)College London大學的研究者對信噪比監(jiān)控,其系統(tǒng)流程大致如下,將信號通過一個MZ單邊帶濾波器,在兩個輸出端有選擇的以上(下)邊帶輸出。其中一路經(jīng)過電吸收調(diào)制器后可以將信號和噪聲載入一中間頻率載波。再通過低速探測器后,就可以將相應(yīng)電信號數(shù)字化,這樣通過簡單的快速傅立葉變換等軟件處理,計算出信噪比等參數(shù)。這里作者的思路其實就是變高速光信號為低速電信號來處理。因為通常直接對光信號檢測需要單通道高速探測器,這樣成本較高。現(xiàn)在的技術(shù)主要還是面向性價比改善而提出的,其另一個優(yōu)勢是可以對多種參數(shù)監(jiān)控;(2)以色列的研究者基于雙光子吸收研制了面向網(wǎng)絡(luò)色散監(jiān)控的系統(tǒng)。雙光子吸收是一個很重要的非線性光學現(xiàn)象,簡單的說就是某種半導體吸收兩個光子產(chǎn)生一個電子-空穴對。而探測到光電流的大小一般正比于光強的平方。之所以把這樣的效應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)控,主要是看重了它的高響應(yīng)速度特性,對1550nm波段,其響應(yīng)時間達到10-14s。然而通常該效應(yīng)探測效率并不高,因此這里作者為了改進探測效率采用了半導體微腔結(jié)構(gòu),靠共振效應(yīng)來提升光強。作者用這樣的系統(tǒng),已經(jīng)成功對80Gb/s的OTDM網(wǎng)絡(luò)進行了色散監(jiān)控測試;(3)對PMD監(jiān)控測量,主要有兩種方法,一是求解微分方程,這樣好處是不需要知道入射光偏振信息,壞處是受噪聲影響強;二是基于轉(zhuǎn)移矩陣方法求解,好處是低噪聲,壞處是需要預知偏振信息,因此需要加可旋轉(zhuǎn)的高精度偏振控制器。本期南洋理工的研究者對后者進行了改進,仍基于Mueller矩陣技術(shù),但證明了在不知道入射光偏振信息情況下,僅通過手動的偏振控制器讓輸入形成三個共面、互成120度的偏振光,就可以求解Mueller矩陣方程,并提取PMD信息。作者實驗顯示了對PMD的監(jiān)控,且利用非線性光纖,在系統(tǒng)中引入了一定的PDL,仍能保證低噪聲,準確的PMD測定。
4.子系統(tǒng):
Southern California大學的研究者使用相位調(diào)制器和保偏光纖制作了高速脈沖發(fā)射器。經(jīng)過相位調(diào)制的光入射進保偏光纖,被分成功率相等的兩個偏振量。對兩個偏振輸出提供不同的,合適大小的DGD,這樣兩個偏振分量相加,拍頻光會產(chǎn)生倍頻效果。如原入射偏振光同保偏光纖偏振度呈45度夾角,這樣拍頻光將是一個RZ脈沖序列,如原入射光與保偏光纖偏振度正交,則可以拍頻生成載波抑制RZ (CSRZ)脈沖序列。
二、有源器件:
Sheffield大學的研究者利用分子束外延工藝,生長了七層的InAs–GaAs量子點LED,輻射波長在1.3μm。新穎點在于作者通過工藝條件對量子點阱間的GaAs隔離層厚度進行精確控制,明顯降低了激光器閾值電流,提升了發(fā)射效率;Georgia理工的研究者用InGaN–GaN作量子阱材料,用SiCN做間隔層,利用兩種材料應(yīng)力和引力的差異性,在InGaN有源層內(nèi)均勻生成了直徑100nm,厚度4nm的“準”量子點結(jié)構(gòu),這樣的LED比起通常器件發(fā)光效率提高了10%左右;以色列的研究者將通常LD的發(fā)射截面波導結(jié)構(gòu)改作脊形,即在上包層刻蝕狹縫(不碰到有源區(qū)),通過對狹縫的數(shù)量和深度做一些優(yōu)化控制,可以有效對激光模式進行微擾調(diào)節(jié),可以做出很多性能改進的發(fā)射。比如作者顯示了旁瓣抑制超過30dB的發(fā)射,以及對ASE噪聲有良好抑制效果的發(fā)射等;Virginia大學的研究者則面向自由空間光通訊,研制了改良的雪崩二級管探測器,能有效抑制大氣擾動對探測的影響。
三、無源器件:
臺灣中山大學的研究者利用溶膠-凝膠的旋涂工藝制作了面向平面波導器件與光纖耦合的波導陣列。作者認為這樣的工藝可以在刻蝕了V形槽后進行,可以很方便的改進耦合效率;浙大的研究者利用表面等離子波導,周期性的改變中間絕緣層的厚度,形成Bragg結(jié)構(gòu),顯示了優(yōu)異的濾波特性;Arizona大學的研究者在雙模SOI波導上制作了反對稱的Bragg光柵,可以應(yīng)用于許多多通道應(yīng)用,如OADM等場合。
作者:宋軍博士
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