作者：宋軍博士
來源：光纖在線
    3/5/2008,本期的JLT是就07年OFC/NFOEC大會主要技術(shù)總結(jié)回顧的一個(gè)�？�。在07年OFC/NFOEC大會結(jié)束后，首先由JLT主編對全部報(bào)告論文進(jìn)行篩選，然后對近一半左右的報(bào)告作者發(fā)出邀請，希望他們撰寫與其報(bào)告內(nèi)容相關(guān)，但內(nèi)容更加詳細(xì)深入的論文。之后成立一個(gè)專刊編委會，對這些論文進(jìn)行嚴(yán)格評審，最后選定了內(nèi)容符合出版要求的近30篇論文，這就是此次�？�的起源。
    在我瀏覽了該�？�文章內(nèi)容后，認(rèn)為07年的OFC/NFOEC主要反應(yīng)了如下技術(shù)焦點(diǎn)：
（1）器件方面：關(guān)注最多的內(nèi)容是可調(diào)色散補(bǔ)償器和超高速光電探測器；
（2）子系統(tǒng)方面：亮點(diǎn)技術(shù)是偏振復(fù)用和多階信號發(fā)生系統(tǒng)；
（3）長距離傳輸：相干檢測和電子色散補(bǔ)償是核心主題；
（4）光接入：有雙向放大功能的PON是焦點(diǎn)內(nèi)容。
     而使用頻率最高的幾個(gè)詞為：RZ-DPSK(DQPSK及DBPSK)、coherent receiver、electric dispersion compensation、PON。
    下面，我就按照器件子系統(tǒng)長距離傳輸光接入技術(shù)的次序?qū)��？�的�?nèi)容做出簡要回顧。

光電器件：
    隨著光接入速度和容量的不斷增加，以及用戶對光網(wǎng)絡(luò)靈活性的要求不斷提高，可調(diào)色散補(bǔ)償器件在光網(wǎng)絡(luò)里的作用也越來越重要。在07年OFC/NFOEC大會中，可調(diào)色散補(bǔ)償是一個(gè)頗受關(guān)注的內(nèi)容。本期�？�有兩個(gè)關(guān)于可調(diào)色散補(bǔ)償器的研究，分別使用了光纖元件和空間元件，可以對比研究兩篇論文，以獲悉當(dāng)前的技術(shù)進(jìn)展。對比兩篇論文，不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)前對可調(diào)色散補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)要求，一是要滿足大帶寬的補(bǔ)償，這主要是應(yīng)對WDM應(yīng)用而提出的，要求器件能夠在一定波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對信號色散的動態(tài)補(bǔ)償；二是要求器件具有高的響應(yīng)速度，這是面對未來高速大容量全光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而提出的技術(shù)要求。兩篇論文一篇來自日本Advanced Industrial Science and Technology，作者主要基于色散補(bǔ)償光纖做色散媒介，利用參量波長轉(zhuǎn)換（主要是四波混頻）為主要工作原理。當(dāng)調(diào)節(jié)色散媒介具有線性色散斜率的時(shí)候，作者發(fā)現(xiàn)信號的頻率變化與輸入信號的色散大小線性相關(guān)。這樣就可以將色散的變化轉(zhuǎn)換為頻率的變化，從而實(shí)現(xiàn)較大波長帶寬的可調(diào)色散補(bǔ)償。而來自Sydney大學(xué)的研究者則依靠硅基液晶材料制作了可調(diào)色散補(bǔ)償器。器件中包含的光柵結(jié)構(gòu)做為色散元件，先將信號按波長分開，不同的波長照射在二維液晶陣列上的位置不同。然后通過對液晶陣列的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)而改變該像素上光的相位，這樣反射光的色散便得到了補(bǔ)償。作者對制作的器件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證明在4通道80Gb/s系統(tǒng)里能實(shí)現(xiàn)正負(fù)60ps/nm的可調(diào)色散補(bǔ)償。
    超高速信號的探測器也是07年OFC/NFOEC大會的一個(gè)焦點(diǎn)內(nèi)容。對超高速光網(wǎng)絡(luò)，信號的檢測會遇到許多特有問題，使用常規(guī)探測器難以獲得理想的靈敏度及信噪比要求，因此許多研究立足于對傳統(tǒng)探測器進(jìn)行改進(jìn)以提高響應(yīng)速度及性能。Virginia大學(xué)的研究者主要解決了超高速信號易引起光電流飽和的問題。對超高速信號，意味著在短時(shí)間內(nèi)集中了較大的能量密度，因此很容易引起探測器的飽和。為了解決這個(gè)問題，作者將待檢測信號先經(jīng)過一個(gè)多模干涉耦合器，1：4的功分為4等分，然后均勻照射在4個(gè)探測器上，最后再將4個(gè)探測器通過傳輸線相連，按照相位關(guān)系將最后的光電流混合，這樣最終探測器能夠獲得0.24A/W的響應(yīng)度。而Bell實(shí)驗(yàn)室的研究者則單片集成了InP光電二極管、SiGe1：2電子解復(fù)用器和SiGe行波時(shí)鐘放大器三個(gè)有源器件，設(shè)計(jì)制作了光電接收器。該器件能夠成功對100Gb/s的超高速信號進(jìn)行檢測，并能獲得有報(bào)道以來最好的信噪比響應(yīng)。
    此外，�？�里器件相關(guān)的研究還包括硅納米器件及光子晶體光纖等內(nèi)容。這些研究內(nèi)容揭示了光電器件具有小型化、多功能化的發(fā)展趨勢。例如比利時(shí)研究者將電注入的InP微盤激光器與SOI波導(dǎo)回路鍵和在一塊半導(dǎo)體芯片上，為光電單片集成技術(shù)做了技術(shù)準(zhǔn)備；而California大學(xué)的研究者也制作了單片集成的光收發(fā)模塊，該模塊包含采樣光柵DBR激光器、Mach-Zehnder調(diào)制器、半導(dǎo)體光放大器、量子阱PIN光電探測器等器件，集信號調(diào)制、發(fā)射、接收與波長轉(zhuǎn)換等多功能于一身。
    
子系統(tǒng)：
    07年OFC/NFOEC大會具有形形色色的子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試報(bào)告，但絕大多數(shù)研究都在解決同一個(gè)問題，即提高光譜效率。
    Bell實(shí)驗(yàn)室的研究者實(shí)現(xiàn)了25.6Tb/s的超大容量傳輸，作者基于WDM技術(shù)，以50GHz頻帶間隔復(fù)用了160個(gè)波長通道，單通道使用85.4Gb/s的RZ-DQPSK格式的調(diào)制信號。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作距離為240km，光譜效率達(dá)到3.2b/s/Hz。其單通道調(diào)制是通過對兩路42.7Gb/s的信號偏振復(fù)用實(shí)現(xiàn)的；Nokia-Siemens網(wǎng)絡(luò)的研究者探討了將以太網(wǎng)由現(xiàn)有的局域網(wǎng)應(yīng)用推廣到骨干光網(wǎng)絡(luò)，并與WDM直接技術(shù)對接的可行性。作者證明只要解決好路徑保護(hù)、信號3R恢復(fù)以及速率選用等問題，以太網(wǎng)能成為未來高速城域網(wǎng)及廣域網(wǎng)的有利候選技術(shù)，并具有支持多線率接入以及高可靠性、高性價(jià)比等優(yōu)勢；加拿大Nortel的研究者對基于偏振復(fù)用的QPSK信號在WDM網(wǎng)絡(luò)里的性能做了研究，重點(diǎn)測試系統(tǒng)的PMD公差，并探討偏振相關(guān)損耗對系統(tǒng)性能的影響；Alcatel-Lucent Inc.的研究者實(shí)驗(yàn)對ROADM的工作情況做了研究，作者認(rèn)為在這樣的多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)里，節(jié)點(diǎn)競爭調(diào)節(jié)會導(dǎo)致通道功率控制的不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致功耗震蕩，因此作者提出了獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)控制方案，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的功率控制。

長距離傳輸：
    在07年OFC/NFOEC大會中，圍繞相干檢測和電子色散補(bǔ)償有許多研究報(bào)導(dǎo)。前者可以對噪聲等線性損傷進(jìn)行補(bǔ)償，后者則可以對PMD、色散和非線性進(jìn)行有效補(bǔ)償。兩項(xiàng)技術(shù)都是面對長距離傳輸應(yīng)用而被關(guān)注的。
    德國CoreOptics的研究者單通道采用111Gb/s，偏振復(fù)用的RZ-DQPSK信號，實(shí)現(xiàn)了光譜效率2bt/s/Hz，總長度2375km的傳輸。在終端，作者同時(shí)采用了相干接收器和電子增益均衡器。在使用了相干接收器后，整個(gè)傳輸網(wǎng)獲得了相當(dāng)好的噪聲性能。而當(dāng)混合使用低通電子濾波器和數(shù)字信號處理技術(shù)后，傳輸網(wǎng)具有了相當(dāng)高的色散和PMD公差。作者證明在采用了這兩項(xiàng)技術(shù)后，可以直接對現(xiàn)有10Gb/s的骨干網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)容；Alcatel-Lucent的研究者也做了類似的研究，只不過其針對的是單通道40Gb/s的調(diào)制，也在結(jié)合使用了相干探測和數(shù)字信號處理后，實(shí)現(xiàn)了4080km的超長工作距離傳輸；Alcatel-Lucent的另一篇特邀論文則在采用相干探測下，對不同的調(diào)制格式，對不同電子色散補(bǔ)償算法的效果進(jìn)行了比較研究。
    除了電子色散補(bǔ)償和相干探測，�？�里還有使用改進(jìn)調(diào)制格式以支持長距離傳輸?shù)难芯�。日本KDDI  R&D實(shí)驗(yàn)室的研究者證明只要合理補(bǔ)償相位噪聲，光正交頻分復(fù)用（OFDM）是一種非常適合長距離傳輸?shù)恼{(diào)制方式，實(shí)驗(yàn)里，對25.8Gb/s的相干OFDM信號，作者實(shí)現(xiàn)了4160km的長距離傳輸；Tyco Telecommunications的研究者則對跨洋Sam-1 Cable System做了研究，證明當(dāng)在10Gb/s速度下，僅靠改變調(diào)制格式為RZ-DPSK格式后，就可以將每個(gè)數(shù)字線段由低于5000km提高到10757km。

光接入網(wǎng)：
    韓國研究者對WDM/TDM的混合復(fù)用網(wǎng)做了實(shí)驗(yàn)研究，其特色是作者使用了遠(yuǎn)程泵浦的EDFA做放大器，該放大器能夠?qū)崿F(xiàn)雙向15dB的增益放大，因此能同時(shí)對上下行信號做放大，這就意味著上載信號的靈敏度被顯著改善；AT&T實(shí)驗(yàn)室的研究者讓四個(gè)TDM-PON（上下行波長分別為1490nm和1310nm，1500nm和1300nm…）共享一個(gè)雙向放大器，該雙向放大器為SOA基的Raman放大器，可以實(shí)現(xiàn)在150nm以上帶寬內(nèi)同時(shí)對上下行信號進(jìn)行放大；荷蘭研究者實(shí)驗(yàn)研究了160Gb/s高調(diào)制速率信號的全光分組交換過程，作者采用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)比較簡單，僅使用了兩個(gè)波長，框架僅完成了一個(gè)1：2的交換過程。整個(gè)交換模塊被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，通過一個(gè)全光窄帶濾波器來對標(biāo)簽信息進(jìn)行處理，由兩個(gè)耦合SOA Mach-Zehnder干涉儀組成一個(gè)觸發(fā)器，具有一定的光存儲作用，它能觸發(fā)一個(gè)控制信號，以驅(qū)動波長轉(zhuǎn)換器，將信息數(shù)據(jù)包路由到一個(gè)特定的輸出波長通道。其中波長轉(zhuǎn)換器也基于SOA結(jié)構(gòu)，利用交叉相位調(diào)制效應(yīng)實(shí)現(xiàn)，交換過程具有低功耗高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，在無前向糾錯(cuò)模塊下，能夠在110km的工作距離內(nèi)穩(wěn)定完成光分組交換操作；Bell實(shí)驗(yàn)室的研究者實(shí)驗(yàn)研究了一個(gè)25通道（50GHz間隔），總傳輸容量1Tb/s，工作距離1280km的WDM傳輸系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)共含有四個(gè)可重構(gòu)光加減復(fù)用（ROADM）模塊。其特點(diǎn)是ROADM模塊對不同格式的信號具有差異化的帶寬。其中對NRZ-DBPSK格式信號使用較寬帶通，而對RZ-DQPSK使用較窄帶通。