作者：宋軍博士
來源：光纖在線
光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
    3/5/2008,先來看本期有關(guān)WDM-PON的研究。
    先是兩篇和光源相關(guān)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究。
    第一篇是韓國研究者使用限譜F-P LD做“無色”光源，以降低系統(tǒng)成本的研究。就“無色”光源這個(gè)概念，大家并不會(huì)陌生，以往的評(píng)析里不止一次提到過。因?yàn)閃DM是利用不同波長來復(fù)用信息的，如果對(duì)特定波長就選用特定的分布反饋激光器，顯然會(huì)產(chǎn)生高昂的系統(tǒng)運(yùn)營成本。因此研究者提出“無色”光源的概念，在網(wǎng)絡(luò)終端使用一個(gè)寬帶光源，而通過限譜操作來產(chǎn)生特定的波長。目前已被應(yīng)用在WDM的限譜技術(shù)上的寬帶光源有三種，它們互有優(yōu)劣，我比較其性能并總結(jié)于下表：

    可見，三種光源都不是理想的“無色”候選光源。因此許多研究都立足于對(duì)上述三種光源進(jìn)行改進(jìn)，保持優(yōu)勢補(bǔ)償劣勢，以適合WDM應(yīng)用。目前較受關(guān)注的方案是自種子注入技術(shù)，例如在F-P LD光源基礎(chǔ)上，外部注入ASE光以最終形成波長鎖定效果。本期韓國的研究者也選用的是F-P LD做光源，但并沒有使用種子注入光。首先，作者選用的F-P LD光源前端面反射率極低，僅有0.1%，這樣在維持低模分噪聲的同時(shí)，能讓激光器形成較寬的輻射譜。然后靠連接環(huán)形AWG，依靠器件的自由光譜范圍，形成多個(gè)輻射峰值，既改善了功率范圍，也進(jìn)一步抑制了模分噪聲。此外，作者在WDM-PON的接收端使用了一塊電子電路來調(diào)節(jié)判決門限，因此可以忽略激光器溫漂對(duì)接收靈敏度的影響。而整個(gè)系統(tǒng)中，目標(biāo)用戶的波長選擇是由AWG來決定的，這正符合了“無色”操作的初衷。
    第二篇德國研究者使用陣列化的垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL），并在10GHz大帶寬WDM-PON里做了實(shí)測研究。和“無色”光源類似，陣列化光源也是專門面向WDM應(yīng)用的一種高性價(jià)比光源。VCSEL由于具有大的發(fā)光截面，且激光發(fā)射面和激光腔垂直，因此極易與光纖陣列連接，且耦合損耗相對(duì)較低。特別最近幾年，1.55μm波段的VCSEL技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，因此長波段陣列化的VCSEL激光器也更加容易制作。作者分別陣列化了4、8和12個(gè)高速VCSEL激光器，對(duì)10Gb/s的系統(tǒng)做了測試，證明陣列化光源各通道的響應(yīng)相當(dāng)均勻。即便對(duì)于50GHz的密集波分復(fù)用，由于陣列光源良好的絕熱特性，使得相鄰?fù)ǖ佬盘?hào)也沒有產(chǎn)生明顯的帶間串?dāng)_。因此作者認(rèn)為陣列化的VCSEL能有效用于系統(tǒng)由粗波分復(fù)用向密集波分復(fù)用的擴(kuò)容。最后作者也指出，該光源是否能穩(wěn)定工作在80Gb/s的高速系統(tǒng)，還有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。
    此外本期韓國研究者立足對(duì)以TDM-PON單纖三向傳輸網(wǎng)絡(luò)向WDM-PON升級(jí)而做了一些探索研究。單纖三向網(wǎng)絡(luò)以1310nm和1490nm波長做上下行數(shù)據(jù)傳輸載波，而用1550nm波段波長來下行傳輸視頻信號(hào)。作者提到由于IPTV和高清晰度視頻業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，原有的1550nm波段信號(hào)無法提供足夠的帶寬需求。因此這里作者對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)容，融入WDM-PON子系統(tǒng)來支持視頻業(yè)務(wù)。作者建議系統(tǒng)里最關(guān)鍵的元件是波長混頻器（WC），實(shí)際上這里使用的WC功能上就是個(gè)粗波分復(fù)用器。原有的單纖三向結(jié)構(gòu)正常工作，沒有做任何改變。而額外加的視頻信號(hào)則在調(diào)制后（也使用了波長鎖定的F-P LD做光源），通過密集波分復(fù)用器AWG復(fù)用。在CO，通過一個(gè)四端口WC，將原三向系統(tǒng)TDM數(shù)據(jù)信號(hào)和視頻信號(hào)，以及經(jīng)過AWG后的復(fù)用視頻信號(hào)合波到一個(gè)輸出端口進(jìn)入光纖主干線傳輸。在RN，通過三端口WC來粗解復(fù)用，分為數(shù)據(jù)信號(hào)和視頻信號(hào)兩路。TDM數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)分束器后傳至相應(yīng)ONT單元。而視頻信號(hào)則使用AWG解復(fù)用，相應(yīng)波長的信號(hào)再經(jīng)過三端口WC在進(jìn)入相應(yīng)目標(biāo)ONT前與相應(yīng)數(shù)據(jù)信號(hào)合波，最終被目標(biāo)用戶接收。當(dāng)使用AWG通道間隔100GHz時(shí)，系統(tǒng)可提供速率1.25Gb/s的額外視頻服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢是沒有對(duì)原單纖三向系統(tǒng)做任何調(diào)整，因此易于對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)直接升級(jí)。
    再來看兩篇有關(guān)光突發(fā)交換（OBS）網(wǎng)絡(luò)的研究。
    英國研究者主要解決的是OBS網(wǎng)絡(luò)里輸入信號(hào)功率浮動(dòng)的問題。因?yàn)镺BS應(yīng)對(duì)的是突發(fā)模式的信號(hào)響應(yīng)，因此輸入信號(hào)功率浮動(dòng)范圍較大，而在EDFA放大后信號(hào)功率浮動(dòng)還會(huì)進(jìn)一步加劇。因此這里作者通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)接收做改進(jìn)來抑制功率浮動(dòng)的影響。作者采用的方案是在接收機(jī)加入一塊數(shù)字信號(hào)處理DSP芯片，自適應(yīng)的對(duì)探測的判決門限做調(diào)節(jié)。此外作者證明DSP芯片除抑制了強(qiáng)度浮動(dòng)影響外，也消除了直流漂移的影響。在對(duì)探測做了這樣的改進(jìn)后，作者證明可以有效降低網(wǎng)絡(luò)光放大器使用的額外光反饋的數(shù)量。對(duì)一個(gè)25節(jié)點(diǎn)的OBS網(wǎng)絡(luò)，作者證明其改進(jìn)可以將跨距長度提升39%。
    Tokyo大學(xué)的研究者基于一個(gè)40Gb/s的三節(jié)點(diǎn)OBS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)測研究，重點(diǎn)對(duì)偏轉(zhuǎn)路由的效果做了討論。對(duì)目前的全光網(wǎng)絡(luò)，在有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法缺失的情況下，要實(shí)現(xiàn)全光交換，波長轉(zhuǎn)換和偏轉(zhuǎn)路由就成為兩個(gè)最重要的避免數(shù)據(jù)包沖突的技術(shù)手段。這里作者在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都使用了可編程的門限陣列做標(biāo)簽頭信息處理器，根據(jù)突發(fā)信號(hào)的優(yōu)先度，可以控制在波長轉(zhuǎn)換和偏轉(zhuǎn)路由兩種方法間做出選擇。而作者采用的偏轉(zhuǎn)路由方案也非常簡單，就是在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)被占據(jù)的時(shí)候，改使用一個(gè)空的交換端口。作者采用的交換測試平臺(tái)還有一個(gè)特點(diǎn)是使用了自主研發(fā)的5*5開關(guān)面陣，開關(guān)基于PLZT晶體制作，可以實(shí)現(xiàn)微秒量級(jí)的響應(yīng)。同時(shí)其波長轉(zhuǎn)換單元也是比特率無關(guān)的，實(shí)測在10Gb/s和40Gb/s下都能穩(wěn)定工作。
    NTT的研究者本期報(bào)導(dǎo)了其最新的光發(fā)射器結(jié)構(gòu)。其發(fā)射機(jī)主要包含超結(jié)構(gòu)光柵分布Bragg反射（SSG-DBR）激光器和光學(xué)濾波器兩個(gè)元件。通過對(duì)激光器相位控制區(qū)域的反偏壓調(diào)節(jié)，能夠快速改變調(diào)制折射率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)輸出，而調(diào)節(jié)過程中激光輸出功率幾乎沒有變化。激光器可以獲得的波長調(diào)節(jié)范圍為27nm。此外通過反偏調(diào)節(jié)和光學(xué)濾波的結(jié)合使用，光發(fā)射機(jī)的最大傳輸距離也得到顯著增加。對(duì)10Gb/s的NRZ信號(hào)，在傳輸了180km后，從作者測試的眼圖看，眼開仍非常大，而在這180km的傳輸中，信號(hào)衰減僅2.2dB。當(dāng)信號(hào)調(diào)制速率上升到20Gb/s后，可獲得的最大傳輸距離仍可達(dá)到60km左右。
    本期還有兩項(xiàng)研究和串?dāng)_相關(guān)。首先荷蘭研究者指出對(duì)OCDMA系統(tǒng)，串?dāng)_是抑制正交碼級(jí)聯(lián)，影響傳輸性能的關(guān)鍵因素。為了抑制串?dāng)_，作者對(duì)譜強(qiáng)度編碼的OCDMA系統(tǒng)，提出了一種集成的樹形編解碼器結(jié)構(gòu)。做這樣的改進(jìn)后，通過對(duì)串?dāng)_的有效抑制，作者證明采用的非相干系統(tǒng)卻可以獲得和相干OCDMA相當(dāng)?shù)男阅�；此外，Maryland大學(xué)的研究者證明在模擬光纖傳輸系統(tǒng)中，色散能劇烈影響多通道信號(hào)的帶間串?dāng)_。進(jìn)而作者通過對(duì)色散分布圖的優(yōu)化，將系統(tǒng)串?dāng)_抑制到一個(gè)相當(dāng)?shù)偷乃�平�?

光有源器件：
   Illinois大學(xué)的研究者在半導(dǎo)體有源層內(nèi)制作了周期性的納米孔陣列，這相當(dāng)于是對(duì)原量子阱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一些微擾，以形成一些帶間禁帶�？窟@個(gè)原理作者制作了可控的量子化激光二極管；新加坡研究者在InP基DFB激光器內(nèi)加了介質(zhì)的氧化硅光柵，阻擋了注入電流浮動(dòng)，方便了對(duì)有源量子阱區(qū)域光增益的調(diào)節(jié)。同時(shí)，有利于激光器穩(wěn)定單模操作，且旁瓣抑制比也被控制在47dB以上；德國研究者對(duì)脊形波導(dǎo)激光器脊寬和槽寬的設(shè)計(jì)做了研究，當(dāng)脊寬為5μm時(shí)，證明槽寬同樣也為5μm能夠獲得最小的遠(yuǎn)場發(fā)散角；臺(tái)灣成功大學(xué)的研究者基于金屬有機(jī)物氣相外延工藝制作了1.22μm波段的InGaAs激光器，閾值電流密度和透明電流密度分別為140和37.2A/cm2，特別是后一個(gè)指標(biāo)是目前同類器件中最低的；Cornell大學(xué)的研究者基于InGaAsP/InP材料制作了1.55μm波段被動(dòng)鎖模的脈沖激光器。其輸出功率相當(dāng)客觀，達(dá)到210mW，而在沒有使用任何脈沖壓縮下，其激光發(fā)射的脈沖的脈寬僅5.8ps，這也是同類器件中最好的水平。
    就調(diào)制器，本期有兩篇來自新加坡南陽理工的論文。第一篇基于一個(gè)Sagnac光纖環(huán)結(jié)構(gòu)，通過一個(gè)3dB耦合器分別由兩臂輸入順時(shí)針和逆時(shí)針的光信號(hào)，兩臂各有一個(gè)偏振控制器（PC），環(huán)中間連接一個(gè)電吸收調(diào)制器（EAM）。對(duì)這樣的結(jié)構(gòu)，作者證明可以通過對(duì)兩PC進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)不同調(diào)制格式的信號(hào)輸出；另一篇作者級(jí)聯(lián)使用了一個(gè)直接調(diào)制的激光二極管（LD）和一個(gè)EAM，這里L(fēng)D相當(dāng)于一個(gè)相位調(diào)制器，而EAM則用于強(qiáng)度調(diào)制，作者通過兩者的結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的單邊帶調(diào)制發(fā)射。