10/1/2007,作者浙江大學(xué) 宋軍博士
光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)： 
性能損傷： 
    對光網(wǎng)絡(luò)里色散（CD）和偏振相關(guān)色散（PMD）進(jìn)行補(bǔ)償，按已有的報導(dǎo)主要依賴三類技術(shù)：采用特別的信號調(diào)制格式增加信號對CD和PMD損傷的抵御力；采用電子色散補(bǔ)償，對發(fā)射端或探測后的電信號作數(shù)字信號處理，以補(bǔ)償損傷對信號的破壞；采用光學(xué)均衡系統(tǒng)補(bǔ)償信號損傷。本期有篇來自意大利的研究論文對這些方法進(jìn)行了系統(tǒng)的比較，對合理選擇色散補(bǔ)償方案，具有較強(qiáng)參考價值。首先作者研究了不同調(diào)制格式對信號損傷的容忍度貢獻(xiàn)，作者暗示由于DQPSK調(diào)制格式帶寬窄，符號時間長，因此對CD和PMD都有很好的抵御力，而強(qiáng)度－相位混合漂移鍵控碼（CAPS），由于其譜型緊湊，因此具有和DQPSK相當(dāng)?shù)腃D公差，但對PMD的抵御力則明顯低于DQPSK格式。知道這些對合理選擇信號調(diào)制是很有幫助的，比如一個光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如果CD是最主要的信號損傷來源，那么應(yīng)優(yōu)先選擇CAPS調(diào)制格式，因為其與DQPSK格式具有相當(dāng)?shù)腃D公差，但卻明顯比后者操作簡單，更有利于降低系統(tǒng)成本。此外作者證明RZ格式由于脈沖短，因此更有利于增強(qiáng)對PMD損傷的抵御力。這樣對PMD損傷較強(qiáng)的系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先選擇RZ-DQPSK調(diào)制格式。而對電子色散補(bǔ)償，作者以采用最大似然估計（MLSD）算法為例，對采用不同的采樣精度（即采用不同階數(shù)的格狀圖）下對色散補(bǔ)償?shù)男Ч�做了分析。證明格狀圖的階數(shù)選取依賴于通道內(nèi)存的大小，當(dāng)PMD占主要地位時，采用四階格狀圖足夠進(jìn)行補(bǔ)償，而當(dāng)CD占主導(dǎo)地位時，則需要更高階的格狀圖。最后作者對采用光學(xué)均衡系統(tǒng)來補(bǔ)償色散做了研究，這里的光學(xué)補(bǔ)償就是通過保偏光纖、偏振控制器和一些PLC器件進(jìn)行級聯(lián)構(gòu)成的。當(dāng)使用單階補(bǔ)償時，其效果相當(dāng)于一個一階的PMD補(bǔ)償器，且將對二階PMD的公差提高了兩倍，但對CD公差并沒有改進(jìn)。隨著使用均衡器階數(shù)的增加，系統(tǒng)對CD和PMD的公差都會得到明顯改善，事實上從性能上說采用光學(xué)均衡能實現(xiàn)完美的色散補(bǔ)償，但其代價是高昂的器件成本和復(fù)雜的控制系統(tǒng)。這也是最近電子色散補(bǔ)償廣受關(guān)注的根本原因。

    日本Oki Electric Industry Co. Ltd.的研究者則對OCDMA系統(tǒng)的色散補(bǔ)償方法做了研究。這里作者采用的是基于時間展寬/波長跳變（TS-WH）的編解碼方式。作者指出色散對系統(tǒng)的影響主要來自兩方面，一方面會導(dǎo)致碼片間的時間間隔漂移，另一方面可能導(dǎo)致碼片脈寬展寬。通常采用色散補(bǔ)償光纖和啁啾光纖光柵都可以消除這兩個不利因素。但作者指出對OCDMA系統(tǒng)這些色散補(bǔ)償方式并不合適，因為它們或者成本高或者可能帶來較大插損。因此作者這里建議可以分別對兩個不利因素進(jìn)行補(bǔ)償。首先為了消除碼片時間間隔的漂移，作者在探測端使用分段的光纖光柵來轉(zhuǎn)換時間延時的位置實現(xiàn)色散補(bǔ)償。顯然這是一種色散后補(bǔ)償方案。采用這種方式作者可以實現(xiàn)40km無色散補(bǔ)償OCDMA傳輸。但隨著傳輸距離進(jìn)步增加，作者指出由于脈寬展寬對眼圖質(zhì)量的惡化開始占主導(dǎo)地位。因此作者再基于光纖光柵，添加了一個色散斜率補(bǔ)償器，來形成負(fù)的色散斜率以便對展寬的脈沖進(jìn)行壓縮。作者認(rèn)為這樣的色散斜率補(bǔ)償器具有價格低、損耗低以及結(jié)構(gòu)緊湊等多方面優(yōu)勢，因此很有推廣潛力。在分別對兩個不利因素做了補(bǔ)償后，作者實驗實現(xiàn)了10Gb/s，80km的穩(wěn)定OCDMA傳輸。

    葡萄牙的研究者對40Gb/s的高速系統(tǒng)色散補(bǔ)償做了研究，作者首先采用對色散具有較高公差的光學(xué)單邊帶調(diào)制（OSSB）信號格式，之后在色散端使用了可調(diào)的電子色散補(bǔ)償器（AEDC）做動態(tài)色散補(bǔ)償。為了增加對群速度色散（GVD）的補(bǔ)償范圍，作者在AEDC后額外使用了兩段色散微條形傳輸線（DMTL），以對OSSB系統(tǒng)一定量的累積GVD做后補(bǔ)償。通過測試作者證明這樣的補(bǔ)償系統(tǒng)能夠?qū)?74ps/nm的GVD做動態(tài)補(bǔ)償，而對差分群時延（DGD）也具有18ps的補(bǔ)償能力，整個補(bǔ)償系統(tǒng)對光信噪比的惡化不超過1.3dB。

光互聯(lián)與光交換： 
   希臘的研究者設(shè)計制作了全光時隙交換機(jī)，它能成功應(yīng)用于光分組交換（OPS）系統(tǒng)中，完成對數(shù)據(jù)包的可編程再排序工作，即滿足動態(tài)可重構(gòu)光交換功能需求。作者設(shè)計的時隙交換機(jī)實際上是一系列可調(diào)延時平臺的級聯(lián)。每個延時平臺是由波長選擇性轉(zhuǎn)換器和具有前向反饋功能的延時線兩部分構(gòu)成。其中可調(diào)波長轉(zhuǎn)換器是由單片集成的半導(dǎo)體光放大器和MZ干涉儀構(gòu)成，延時線部分先對數(shù)據(jù)包時域解復(fù)用，每個數(shù)據(jù)包經(jīng)過特定的光纖繞圈后再重新復(fù)用。事實上一個單階的可調(diào)延時平臺就可以完成對多個同時到達(dá)數(shù)據(jù)包的排隊調(diào)度工作，而這里作者之所以使用多階延時平臺級聯(lián)，主要是打算用系統(tǒng)的空間復(fù)雜性換取適當(dāng)?shù)念l譜利用率。舉個例子，如果同時需要處理49個數(shù)據(jù)包，當(dāng)只使用一階延時平臺時，完成整個排隊調(diào)度進(jìn)程至少需要有97個可利用波長，而當(dāng)使用三階延時級聯(lián)時，僅使用13個波長就可以完成整個調(diào)度進(jìn)程，進(jìn)一步，當(dāng)采用五階級聯(lián)時，則只需要使用7個波長。顯然綜合譜效率和系統(tǒng)復(fù)雜性兩個考慮因素后，可以認(rèn)為對最大可處理49個數(shù)據(jù)包的系統(tǒng)，采用三階可編程延時平臺級聯(lián)效果最理想。以這個三階級聯(lián)的時隙交換機(jī)為例，作者對10Gb/sNRZ數(shù)據(jù)包的調(diào)度做了測試，性能良好，產(chǎn)生的額外功耗大約為1.8dB。

   美國Georgia理工的研究者采用光載波抑制與分離（OCSS）技術(shù)生成了具有1bit/Hz/s高譜效率的光數(shù)據(jù)包信號，適合運(yùn)用于100Gb/s的光標(biāo)簽交換網(wǎng)里。盡管100Gb/s的系統(tǒng)時有報導(dǎo)，但實驗實現(xiàn)在分組交換系統(tǒng)里這還是第一次。其過程大致如下：作者首先使用一個20GHz正弦射頻信號驅(qū)動的雙臂鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器和一個光學(xué)interleaver來實現(xiàn)OCSS操作，產(chǎn)生波長分別為1546.36和1546.04nm的兩個波，分別用于調(diào)制標(biāo)簽和有效載荷信息。對標(biāo)簽這路直接使用一強(qiáng)度調(diào)制器生成3.125Gb/s的標(biāo)簽信號，而另一路則先使用在50GHzRF信號驅(qū)動下的強(qiáng)度調(diào)制器轉(zhuǎn)換為RZ信號后，先后通過另一個強(qiáng)度調(diào)制器和一相位調(diào)制器，生成12.5Gb/s的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列信號，最后再通過復(fù)用器，生成100Gb/s的RZ-DQPSK格式信號以傳輸有效載荷信息，之后該路信號通過一個邊帶濾波器，其中心波長偏離ITU-T標(biāo)準(zhǔn)波長0.2nm左右，使用這個濾波器起到對有效載荷的限譜作用，以避免其和標(biāo)簽譜的重疊。最后標(biāo)簽信息和有效載荷再通過一個3dB耦合器混合在一起，最后信號再使用中心波長嚴(yán)格符合ITU-T 標(biāo)準(zhǔn)的interleaver，以確保數(shù)據(jù)包僅占據(jù)100GHz帶寬。整個信號發(fā)生系統(tǒng)，標(biāo)簽信號大約具有2.5dB的額外功耗，有效載荷信號則具有2.9dB的額外功耗。

   Arizona大學(xué)的研究者使用1×2的微環(huán)形共振器為基本單元構(gòu)造了橫縱兩個方向的可控開關(guān)面陣，適合可重構(gòu)光交叉互聯(lián)應(yīng)用。對單個環(huán)形共振器單元，通過是否加電壓來改變共振條件，讓光可控的選擇兩個輸出端口中的一個。作者將這樣的單元做擴(kuò)展，橫縱方向使用等數(shù)目的開關(guān)，構(gòu)成面陣，這樣有利于在交叉互聯(lián)中實現(xiàn)無阻塞路由。作者的芯片基于SOI集成技術(shù)制作，具有波長選擇快速、功耗小、結(jié)構(gòu)緊湊和容易采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)制作等優(yōu)勢。

   二、光電器件：

有源器件： 
    半導(dǎo)體材料相對鈮酸鋰具有低得多的電光系數(shù)，但卻具有折射率大、光波段色散小、易于靈活制作各種結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢。因此本期California大學(xué)的研究者采用GaAs-AlGaAs材料制作了電光調(diào)制器，為了克服電光系數(shù)低從而需要較大外加電壓的不利因素，作者采用了襯底剝離技術(shù)，這樣可以在半導(dǎo)體層上下同時加金屬電極，進(jìn)而實現(xiàn)了35GHz帶寬，5V-cm低驅(qū)動電壓的高品質(zhì)電光調(diào)制器；臺灣清華大學(xué)的研究者制作了焦距可調(diào)的聚合物微透鏡，通過外加電極注入電流的改變，用不同的焦耳熱給透鏡加溫，以便讓透鏡在相應(yīng)溫度下產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男巫儯�進(jìn)而改變焦距。實驗中作者將注入電流在0-30mA的范圍內(nèi)改變時，可以將微透鏡焦距從1590μm變化到44μm。

無源器件： 
    荷蘭的研究者基于InGaAsP–InP材料制作了具有偏振分束、轉(zhuǎn)換多功能的集成器件。其設(shè)計結(jié)構(gòu)基于兩個多模干涉器（MMI）構(gòu)成MZ干涉儀結(jié)構(gòu)，在干涉儀的兩臂上各使用一個偏振轉(zhuǎn)換器。測量顯式作者的器件能夠?qū)崿F(xiàn)高于95%的分束比；NTT的研究者將陣列波導(dǎo)光柵（AWG）的部分輸入輸出端口用波導(dǎo)連接，形成回路結(jié)構(gòu)，通過連接節(jié)點的改變，作者證明可以變化波分復(fù)用器的傳輸容量。