光纖在線特邀編輯  宋軍博士
1．波分復(fù)用（WDM）：
       臺灣科大的研究者實驗研究了雙向WDM-PON的工作情況，研究重點仍放在了光源優(yōu)化利用上。為了方便上行信號對下行載波再利用，目前有注入鎖模Fabry-Perot激光二極管（FP-LD）和帶有反射式半導(dǎo)體光放大器的激光器兩種光源被普遍采用，本期JLT的評析也提到了相關(guān)內(nèi)容。這里作者采用了第一種思路，并對其作改進(jìn)，以進(jìn)一步優(yōu)化資源利用率。要利用FP-LD實現(xiàn)注入鎖定，需要有相對寬頻的光源做“種子”光，目前常用的有分布反饋激光器（DFB）和放大自發(fā)輻射光源（ASE）兩種。前者的劣勢是價格昂貴，后者則對溫漂比較敏感。因此作者建議了一種新的方案。作者在主站（CO），以一個環(huán)狀可調(diào)摻鉺光纖激光器（T-EDFL）作光源，通過一個電吸收調(diào)制器對下行信號作外調(diào)制。而在ONU放置FP-LD（商用型號），而T-EDFL不僅扮演下行載波的角色，也為FP-LD提供了光注入，以供上行信號使用。作者實驗使用的T-EDFL由摻鉺光纖、可調(diào)光濾波器（OTF）、隔離器、光耦合器、半導(dǎo)體光放大器和偏振控制器等元件組成。其中OTF起到波長選擇作用，可以實現(xiàn)1534-1564nm范圍內(nèi)的可調(diào)發(fā)射，其激光3dB線寬為0.3nm。作者以10km的系統(tǒng)做測試，上下載信號速率分別為10Gb/s和1.25Gb/s，測得上下行損耗分別為0.9dB和0.5dB，上行信號的邊模抑制比也可高于40dB，綜合性能還是很不錯的。當(dāng)然從該文章結(jié)果來看，我們也不能說它的綜合效果好于已有結(jié)果，單從本期JLT的另一篇報導(dǎo)來看，使用ASE做注入光是非常有利于抑制回波損耗的，而對這種單纖雙向系統(tǒng)，回?fù)p是一個非常重要的參數(shù)，也許其優(yōu)勢會讓其對溫漂敏感的劣勢顯得微不足道，這些還需要進(jìn)一步去檢驗。
        韓國研究者也對單纖雙向WDM-PON做了研究，但重點放在路徑保護(hù)上。在作者的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)里，使用了C帶和L帶的兩個寬帶光源（BLS）分別用于上下行信號的載波。這兩個BLS都放在CO里，L-BLS在CO里進(jìn)行下行信號調(diào)制，未調(diào)制的C-BLS光與調(diào)制的L-BLS光經(jīng)混頻后一起被一個1×N的陣列波導(dǎo)光柵（AWG）復(fù)用。對該AWG，C和L帶的波長分別位于兩個不同的自由光譜范圍（FSR）內(nèi)，利用AWG環(huán)形線性光譜特性，這兩個FSR的信號會互不干擾的傳輸。在CO末端，信號經(jīng)過一個3dB耦合器分為兩路，并與兩根光纖連接進(jìn)入各自的主干線傳輸，也就是說一根是工作光纖，另一根是備用光纖，兩路都有同樣信號在傳。在遠(yuǎn)程節(jié)點（RN），使用一個N×N的AWG（與前面1×N的AWG的FSR相同）做解復(fù)用器。在連接上，工作光纖被連在第N個輸入端，而備用光纖被連在該AWG另一側(cè)的第N’個端口。這樣對任意一個波長，就會在第i路和第i’兩個端口被解復(fù)用出，分別連接兩根光纖進(jìn)入相應(yīng)第i個ONU。而每個ONU由一個功率監(jiān)控器，一個光開關(guān)和相應(yīng)接收機組成。功率監(jiān)控器其實是開關(guān)的觸發(fā)器，正常情況下，回路正常工作，因此開關(guān)與i路導(dǎo)通，信號被解調(diào)。同樣在ONU會對C波段相應(yīng)波長調(diào)制上載信號后發(fā)射回RN。而當(dāng)ONU的功率監(jiān)控探測到功率很低時，開關(guān)被觸發(fā)與第i’路備選光纖導(dǎo)通�？梢娮髡呓ㄗh的通道保護(hù)協(xié)議還是很可靠的，從OLT到ONU任何一條路徑斷裂，都可以馬上導(dǎo)通備選鏈路。
        此外，澳大利亞研究者提出了對WDM系統(tǒng)色散監(jiān)控的方案，作者在發(fā)射端信號被復(fù)用后，但在被放大前加入了一個寬帶的ASE光，該寬帶光被強度調(diào)制了RF信號。這個額外加入的ASE強度較低，在原信號噪聲平臺以下，以保證不會增加額外的功耗和串?dāng)_。這樣在接收端，經(jīng)過解復(fù)用之前，先分離該ASE信號，通過對不同波長處RF的相位漂移做測量而估算系統(tǒng)色散大�。籆olumbia大學(xué)的研究者基于硅納米線波導(dǎo)制作了環(huán)形共振器，并將該結(jié)構(gòu)作為光開關(guān)應(yīng)用在了WDM系統(tǒng)里，能夠?qū)?0個連續(xù)光通道完成瞬時的路由切換。其交換原理是通過控制泵浦光源的波長，以改變共振器折射率，進(jìn)而改變共振條件，從而實時的對工作波長進(jìn)行線路切換。其交換時間在納秒量級。
2．微波光子學(xué)（RoF）系統(tǒng)：
        RoF作為下一代無線接入候選技術(shù)，充分利用了光纖帶寬，用光纖來傳輸毫米波。
        利用了WDM技術(shù)后，可以進(jìn)一步提高RoF系統(tǒng)帶寬。本期清華的研究者對相應(yīng)系統(tǒng)上行鏈路的全光副載波解調(diào)做了研究。移動信號經(jīng)過每個相應(yīng)基站（BS）的天線探測后，通過一個Mach-Zehnder（MZ）電光調(diào)制器，加載在某個波長λ的光載波上，不同的BS使用不同的波長。然后光調(diào)制后的各BS信號經(jīng)過復(fù)用器后在一根光纖上傳輸，在終端，先經(jīng)過一個具有1bit延時的MZ干涉儀后，再使用光帶通濾波器，就可獲得λ－Δλ的邊帶信號。這里Δλ是相應(yīng)毫米波信號的頻率。然后再經(jīng)過解復(fù)用后，各路波長載波傳到相應(yīng)接收端BS，經(jīng)過光電二極管（PD）檢測，獲得基帶信號�？梢钥吹秸麄�過程都是全光操作的，并沒有使用針對毫米波的電子模塊。并且作者使用MZ調(diào)制器時，進(jìn)行的是雙邊帶調(diào)制，作者指出這有利于抑制通道色散的影響。
        臺灣交通大學(xué)的研究者實驗顯示了一個光與RF的混合接入網(wǎng)，也就是正常的光通訊和RoF系統(tǒng)共用一個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。對光通訊使用1.25Gb/s的OOK格式信號，而對14.375GHz的RF信號則采用BPSK調(diào)制格式，兩者共用一個雙電極驅(qū)動的MZ調(diào)制器。類似的思路其實以往的評析里也介紹過，RF和光信號分別采用強度和相位調(diào)制，因為相位調(diào)制強度上變化是均勻的，因此對強度調(diào)制信號而言相當(dāng)于一個直流分量，因此只用低速探測器就可以解調(diào)，而對那個相位調(diào)制信號，則必須避免另一個信號的影響，通常需要PD具有較高的響應(yīng)速度。作者的實驗系統(tǒng)并沒有在RN使用光濾波器，整個實驗傳輸距離為25km。測得兩個信號功耗都低于0.5dB。
3．調(diào)制格式：
        關(guān)于差分相位漂移鍵控（DPSK）格式，本期也有一些研究：
        首先荷蘭的研究者通過對DPSK檢測的改進(jìn)，進(jìn)一步提升了該調(diào)制格式對色散的公差。改進(jìn)方式其實很老套，就是在接收前加了電子色散補償。這里所有遇到的概念其實都不新穎，首先檢測還是用具有1biit時延的MZ干涉儀，電子色散補償仍采用了最大似然估計算法（MLSE）。但結(jié)果還是很驚人的，對10.7Gb/s的NRZ-DPSK信號，可以將色散公差提升到4000ps/nm，雖然這個數(shù)值好像并不具備實用意義，因為對這種低速調(diào)制，其實DPSK本身的色散公差已經(jīng)滿足實用需求了。
        另一個研究來自意大利研究者，作者對40Gb/s的NRZ-DPSK信號提供了另一種解調(diào)方式。在這之前大多數(shù)研究者采用了具有1biit時延的MZ干涉儀來對DPSK信號作解調(diào)。作者這里采用的是具有高斯頻譜響應(yīng)的周期性FBG作濾波器，似乎從文章里找不到對這個過程的物理解釋，但其實驗結(jié)果相當(dāng)奇妙，在經(jīng)過該濾波器時，反射信號會被瞬時的解調(diào)，而透射方向竟然產(chǎn)生了穩(wěn)定的RZ的時鐘信號，其恢復(fù)出的時鐘信號均方根定時抖動大概在200fs左右。也就是說作者提出的這個結(jié)構(gòu)可以同時實現(xiàn)對NRZ-DPSK信號解調(diào)和時鐘恢復(fù)的雙重功能。
        此外，Arizona大學(xué)的研究者使用三維的低密度奇偶校驗碼（LDPC），在理論上能實現(xiàn)1Tb/s的單波長發(fā)射，但這只能算作一種新概念型研究，畢竟我們通常的通訊都建立在一維方向，即一個光纖傳輸?shù)男盘柋徽J(rèn)為一個點，別說三維，就連二維實用里也會遇到很多問題了；而德國的研究者兼容了單邊帶調(diào)制和正交頻分復(fù)用的概念，提出了一種較高譜利用效率的調(diào)制格式，提高了對色散的公差；對強度調(diào)制信號，由于受到網(wǎng)絡(luò)里窄帶濾波元件的影響，常會發(fā)生信號扭曲現(xiàn)象。為此加拿大的研究者通過使用光學(xué)任意波前發(fā)生器在信號調(diào)制中做預(yù)補償，消除了窄帶濾波的影響。
4．光電器件：
        韓國研究者通過全息光刻技術(shù)制作了性能優(yōu)良的分布Bragg反饋（DFB）激光器。在全息光刻后，作者再使用電子束蒸鍍工藝，在脊形波導(dǎo)頂端和兩側(cè)均勻鍍上了Cr金屬，形成金屬光柵，該激光器能夠在1550nm波段穩(wěn)定單模輸出，在100mA電流注入下輸出功率為9.7mW；Standford大學(xué)的研究者為RF光調(diào)制應(yīng)用而設(shè)計了寬帶（18GHz）低驅(qū)動電壓（0.45V）的MZ行波調(diào)制器；德國研究者對硅納米線器件提出了紫外納米印刷式的光刻技術(shù)，可用此制造高品質(zhì)因數(shù)的光器件，波導(dǎo)損耗大致為3.5dB/cm。