3/16/2014,光纖在線訊，2014年2月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光網(wǎng)絡(luò)及子系統(tǒng)、無源和有源光子器件、光傳輸、光調(diào)制與光信號處理、光纖技術(shù)，筆者將逐一評析。

作者：光纖在線特約編輯 邵宇豐 王煉棟 

1. 光網(wǎng)絡(luò)及子系統(tǒng)
　　室內(nèi)光通信網(wǎng)絡(luò)必須支持大量各種類型的服務(wù)，這類服務(wù)與不同的需求相關(guān)，例如通信帶寬、服務(wù)品質(zhì)以及可靠性。在保持低成本和低能耗水平的同時，室內(nèi)光通信網(wǎng)絡(luò)還必須同時支持有線連接方式和無線連接方式。來自荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)電氣工程系計(jì)算機(jī)化布爾可靠性分析學(xué)院的研究人員提出了在室內(nèi)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域使用光通信技術(shù)解決方案的最新研究結(jié)果。研究人員回顧了低成本低能耗融合光纖室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的建筑結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)手段，并與當(dāng)前的銅線解決方案進(jìn)行了比較，特別關(guān)注了高容量多模（可塑）光纖技術(shù)、光載無線通信技術(shù)，按需提供容量技術(shù)和無線光通信技術(shù)。最后，研究人員從技術(shù)演進(jìn)的角度描繪了如何通過引入這些強(qiáng)有力的技術(shù)和光通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成逐步滿足室內(nèi)光通信多用戶接入需求的。
　　
　　來自NEC公司和NEC實(shí)驗(yàn)室的研究人員提出并討論了軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的擴(kuò)展問題，以及為了動態(tài)柔性網(wǎng)格波長電路設(shè)計(jì)而涉及的關(guān)于光纖接入/匯聚網(wǎng)的OpenFlow技術(shù)原理。第一個實(shí)驗(yàn)演示了基于OpenFlow 1.0的柔性網(wǎng)格λ-流架構(gòu)，這是用于每蜂窩150 Mb/s動態(tài)速率的4G正交頻分多址（OFDMA）移動回程（MBH）網(wǎng)，這個移動回程網(wǎng)建立在10 Gbps無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）上且沒有光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）側(cè)光學(xué)濾波、放大或相干檢測，此外還詳細(xì)描述承載光網(wǎng)的20多公里1:64分光的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）。研究人員所提出的方法很有吸引力，可以通過光纖接入/匯聚網(wǎng)絡(luò)在傳統(tǒng)光纖基礎(chǔ)設(shè)施上支持高速度、低時延、高服務(wù)質(zhì)量（QoS）的點(diǎn)播業(yè)務(wù)。
2. 無源和有源光子器件
　　大氣中灰塵、水蒸汽等紊動對光信號的干擾（大氣湍流）和指向誤差會引起自由空間光通信信號強(qiáng)度的起伏波動并由此削弱鏈路性能。在過去科研人員提出了幾種可以減輕信號波動的接收器結(jié)構(gòu)，但這些現(xiàn)有接收器高度依賴于信道模型和模型參數(shù)，因此如果信道模型或模型參數(shù)不正確的的話，接收器的性能將會惡化。來自新加坡國立大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系的研究人員開發(fā)了基于廣義似然比檢驗(yàn)原則的維特比型網(wǎng)格搜索順序接收器，共同檢測數(shù)據(jù)序列和估計(jì)未知信道的增益。這種接收器對導(dǎo)引符號的需要量很少，因此不會明顯降低帶寬效率。這種接收器很健全，因此它能夠連續(xù)使用最大似然法（ML）來估計(jì)未知信道增益而不需要了解信道模型，并相應(yīng)地適應(yīng)判決度量。在慢時變環(huán)境下接收器運(yùn)行良好，誤碼性能接近采用對信道增益有正確理解的最大似然法檢測結(jié)果，同樣用于構(gòu)成該序列檢測度量的內(nèi)存長度也相應(yīng)增加。這樣，就獲得了一種新的、帶判決反饋的、近似于序列接收器性能的逐符號接收器，它具有更低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和更高的內(nèi)存效率。
    傳統(tǒng)電子互連技術(shù)在帶寬上漸漸出現(xiàn)的瓶頸問題，帶動了對光通信技術(shù)的思考，并研究在對互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體兼容的硅基納米光子平臺實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)。在硅基光子平臺上，硅基微環(huán)諧振器得到了極大的關(guān)注，這種諧振器具有實(shí)現(xiàn)片上光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵功能的能力，同時還有卓越的能效性和小尺寸的特征。然而，硅基微環(huán)結(jié)構(gòu)非常容易因制造誤差和溫度變化受到不良影響。集成加熱器可對單個微環(huán)提供局部加熱，這是校正這些影響的一個方法，但還沒有大范圍實(shí)現(xiàn)校正過程自動調(diào)整的解決方案。在這種情況下，來自美國哥倫比亞大學(xué)電氣工程系、加拿大麥克馬斯特大學(xué)工程物理系和加拿大Ranovus公司的研究人員提出了把抖動信號的使用作為廣泛應(yīng)用的方法來自動調(diào)諧波長和保持微環(huán)諧振器熱穩(wěn)定。研究表明，該技術(shù)在低速模擬和數(shù)字電路中被證明是有效的，這個結(jié)果使該技術(shù)的應(yīng)用能擴(kuò)展到一個完整的光子互連網(wǎng)絡(luò)。
比利時根特大學(xué)信息技術(shù)系和校際微電子中心的科研人員提出了高速突發(fā)模式接收器（BM-RX）設(shè)計(jì)原則和各種類型電路的架構(gòu)，包括突發(fā)模式轉(zhuǎn)阻抗放大器、突發(fā)模式限幅放大器、突發(fā)模式時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。10 Gbps高速突發(fā)模式接收器（BM-RX）的最新發(fā)展是很矚目的，包括雙速率操作與無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的部署共存，芯片上自動產(chǎn)生復(fù)位來消除由無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）介質(zhì)訪問控制而產(chǎn)生的外部時序關(guān)鍵控制信號。

　　一種基于磷化銦（InP）的緊湊型集成發(fā)射器（組件中包括一個可調(diào)諧激光器和一個雙層嵌套馬赫-曾德爾調(diào)制器（矢量調(diào)制器）），在32 Gbaud的速率下，被成功用來產(chǎn)生經(jīng)奈奎斯特預(yù)過濾的正交相移鍵控（QPSK）信號和16進(jìn)制正交幅度調(diào)制（16-QAM）信號。通過使用外部偏振復(fù)用（PDM）仿真和數(shù)字相干檢測，來自阿爾卡特-朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室和奧蘭若公司的研究人員在一個小型商用化設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸速率為128 Gbps的偏振復(fù)用正交相移鍵控（PDM-QPSK）信號和數(shù)據(jù)傳輸速率為256 Gbps的偏振復(fù)用16進(jìn)制正交幅度調(diào)制（PDM-16-QAM）信號，這種設(shè)備最初的設(shè)計(jì)是用于數(shù)據(jù)傳輸速率為40 Gbps的直接檢測差分正交相移鍵控（QPSK）信號；并且分別在長度8000公里和長度960公里的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上傳送了這兩種信號。研究人員還將其與基于鈮酸鋰矢量調(diào)制器的集成發(fā)射器進(jìn)行了性能比較，這種發(fā)射器采用高性能的100千赫外腔激光器和低成本的200千赫至400千赫集成激光器組成光學(xué)本機(jī)振蕩器。在數(shù)據(jù)傳輸速率為100 Gbps和200 Gbps的長距離相干光傳輸系統(tǒng)中，集成了激光矢量調(diào)制器的全磷化銦發(fā)射器被認(rèn)為是一種切實(shí)可行的解決方案。
3. 光傳輸
　　對光在雨霧傳播中出現(xiàn)多重散射效應(yīng)的研究，是采用蒙特卡羅數(shù)值光子傳播仿真的方法。雨霧由水滴組成，通過實(shí)際水滴大小分布等參數(shù)來描述，相關(guān)水凝物的 物理參數(shù)主要包括降雨強(qiáng)度、液態(tài)水含量、霧氣中液滴有效半徑和大氣能見度。捷克計(jì)量學(xué)院頻率工程系研究人員進(jìn)行的仿真結(jié)果表明，由于降雨導(dǎo)致的光衰減要比單次散射預(yù)測的低兩倍。霧引起的衰減也降低了最低能見度。通過仿真獲得了雨霧中光學(xué)信道的脈沖響應(yīng)并提供了傳播延遲依賴性的明確模型。實(shí)際條件下，在1公里長的自由空間光學(xué)（FSO）路徑上，降雨引起的均方根延遲散布被限制在10ps以下。中霧和濃霧可能導(dǎo)致延遲散布達(dá)到50ps或更大。得出的結(jié)果說明自由空間光學(xué)信道的頻率特性會因雨霧而受損。
　　最近,隨著基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議服務(wù)的盛行，數(shù)據(jù)包迅速成為數(shù)據(jù)流量的主流。這就提高了對傳輸網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求,要求其具有很大的容量以便對基于分組和基于電路的數(shù)據(jù)流量都能有效適應(yīng)；同時要實(shí)現(xiàn)能與傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)（如同步數(shù)字傳輸網(wǎng)或光傳輸網(wǎng)）相媲美的高可靠性、可操作性和可維護(hù)性。NTT網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)研究給出了包括以太網(wǎng)和多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS）在內(nèi)的分組傳輸技術(shù)的概述，并提供了多協(xié)議標(biāo)簽交換-傳送架構(gòu)（MPLS-TP）技術(shù)的詳細(xì)資料，這是最近開發(fā)的一種很有前途的下一代分組傳輸技術(shù)。其標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容在國際電信聯(lián)盟、電信標(biāo)準(zhǔn)部和互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組中同樣有描述。接著，為使多協(xié)議標(biāo)簽交換-傳送架構(gòu)（MPLS-TP）技術(shù)在包含傳輸網(wǎng)絡(luò)匯聚層的應(yīng)用上既合算又運(yùn)行簡單，研究人員因此給出了需要進(jìn)一步研究的觀點(diǎn)。
　　來自阿爾卡特-朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室、安捷倫科技有限公司、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院、西班牙塞維利亞大學(xué)信號理論與通信系的研究人員展示了基于全電多路復(fù)用技術(shù)、采用數(shù)字相干檢測的高速光傳輸系統(tǒng)，其碼元速率為80 Gbaud和107 Gbaud。在107 Gbaud下，演示了一個單載波偏振復(fù)用正交相移鍵控（PDM-QPSK）系統(tǒng)，其線路速率為428 Gbps。 在80 Gbaud下，實(shí)現(xiàn)了線路速率為640 Gbps的單載波系統(tǒng)，采用的是偏振復(fù)用16進(jìn)制正交幅度調(diào)制（PDM-16-QAM）技術(shù)。運(yùn)用兩個光學(xué)子載波，研究人員展示了一個1-Tb/s光接口，并在超過3200公里的超大型有效面積光纖上、以200 GHz間隔進(jìn)行了長距離的波分復(fù)用（WDM）傳輸。
　　來自泰科電子海底通信公司的研究人員通過采用奈奎斯特頻譜整形和數(shù)字反向傳播（DBP），在6.0 b/s/Hz下傳送106個200 Gbps的信道超過10290公里。 53個400 Gbps的信道被傳送超過9200公里，并且檢測到兩個200 Gbps波長同時使用一個寬帶接收器。對使用數(shù)字反向傳播（DBP）技術(shù)獲得的效益與信道預(yù)加重、每信道平均發(fā)射功率和傳輸距離的關(guān)系通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了調(diào)查。研究人員發(fā)現(xiàn)使用數(shù)字反向傳播（DBP）技術(shù)獲得的效益與信道功率和傳輸距離成比例關(guān)系。測量結(jié)果與理論值匹配良好。
　　
4. 光調(diào)制與光信號處理
　　關(guān)于在未來光接入網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)基于光收發(fā)器的實(shí)時數(shù)字信號處理（DSP）是一個急需突破的研究難點(diǎn)。來自英國威爾士班戈大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員介紹了含收發(fā)器的正交頻分復(fù)用（OOFDM）光通信系統(tǒng)搭建的基本原理，以及相關(guān)的數(shù)字信號處理（DSP）實(shí)現(xiàn)。接著廣泛回顧了過去幾年中，在端到端光正交頻分復(fù)用（OOFDM）收發(fā)器中實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)字信號處理（DSP）的實(shí)驗(yàn)證明。
　　
　　光信號處理涉及到了光學(xué)領(lǐng)域和信號處理領(lǐng)域的方方面面，即非線性設(shè)備和工藝流程、模擬和數(shù)字信號以及先進(jìn)的數(shù)據(jù)調(diào)制方式，用于實(shí)現(xiàn)高速信號處理功能，以便在光纖通信中的線路速率下具有運(yùn)行能力。信息可以在幅度、相位、波長、偏振和光波的空間特征中被編碼以實(shí)現(xiàn)大容量傳輸。近期對關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)一步研究集中在對一種或多種方式編碼數(shù)字信號進(jìn)行光信號處理上。各種光學(xué)信號的非線性和色散處理已被證實(shí)在關(guān)鍵子系統(tǒng)中應(yīng)用，如波長變換、多播、多路復(fù)用、多路解復(fù)用和可調(diào)光延遲。最后，來自謝明南加州大學(xué)電氣工程系和美國英飛朗公司的研究人員回顧了高速光信號處理在信號的均衡、信號的再生、靈活信號產(chǎn)生以及光控制信息（光邏輯和光相關(guān)）領(lǐng)域應(yīng)用方面的最新進(jìn)展。
　　來自澳大利亞墨爾本大學(xué)電氣與電子工程系的研究人員提出并論證了通過對兩個連續(xù)信號模塊的主載波或子載波之一進(jìn)行相位切換來實(shí)現(xiàn)無衰減雙邊帶直接檢測。所提出的方法有對偏移正交頻分復(fù)用（OFDM）的電頻譜效率（SE）兩倍化，和使電頻譜效率（SE）與單邊帶正交頻分復(fù)用（OFDM）的相同。研究人員進(jìn)行了數(shù)值模擬并驗(yàn)證了系統(tǒng)對偏振模式色散和激光相位噪聲的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在采用單偏振和單個檢波器的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上，速率為40 Gbps的直接檢測光正交頻分復(fù)用（OOFDM）信號可成功傳送的距離超過80公里。
　　來自葡萄牙阿威羅大學(xué)電子電信與信息系的研究人員通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)證明了在奈奎斯特16進(jìn)制正交幅度調(diào)制的相干無源光網(wǎng)絡(luò)上，可采用一種雙向超過T比特的超密集波分復(fù)用（UDWDM），在12.8納米的總頻譜范圍內(nèi)來為每個用戶/波長提供高達(dá)10Gbps的服務(wù)能力，標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上的傳送距離超過40公里。研究人員首先證實(shí)了奈奎斯特脈沖在采用相干收發(fā)器的超密集波分復(fù)用（UDWDM）網(wǎng)絡(luò)上減輕串?dāng)_的能力，這些串?dāng)_是因后向反射和非線性因素產(chǎn)生的。在本文的后半部分，研究人員通過實(shí)驗(yàn)研究了在不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸容量（例如不同的用戶數(shù)量和不同的單個用戶傳輸速率）情況下，主要受接收器靈敏度和非線性容差影響的雙向傳輸。
　　來自澳大利亞悉尼大學(xué)物理學(xué)院光子與光學(xué)研究所和莫納什大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系光學(xué)系統(tǒng)超寬帶設(shè)備中心的研究人員,在研究過程中證明了光學(xué)傅立葉變換和全光正交頻分復(fù)用（OFDM）發(fā)射器中的循環(huán)前綴可以通過使用液晶硅基波長選擇開關(guān)（WSS）同時實(shí)現(xiàn)。本文的設(shè)計(jì)是在波長選擇開關(guān)（WSS）的輸入端采用經(jīng)過相位調(diào)制的光脈沖，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是光調(diào)制器在每個數(shù)據(jù)碼元上只由光脈沖采樣一次，以使數(shù)據(jù)碼元之間的轉(zhuǎn)換時間不影響系統(tǒng)性能，從而允許使用慢速光學(xué)調(diào)制器。此外，波長選擇開關(guān)（WSS）的每路輸入都可以被分配給輸出子載波頻率的任意組合，包括與梳理源模態(tài)頻率無關(guān)的頻率。當(dāng)需要通過申請額外的波長來測試運(yùn)行中的超高帶寬系統(tǒng)時，這就顯得特別有用。例如，研究人員生成了一個10.08 TB/s的信號并沿光纖傳送了857.4公里，使用的是252個帶有10％循環(huán)前綴的10 Gbaud子載波。研究人員還通過光條紋數(shù)字子載波解復(fù)用器同時檢測三個子載波,這些子載波使用的是單個相干接收器。
　　
5.1 光纖技術(shù)
　　來自荷蘭埃因霍芬科技大學(xué)COBRA學(xué)院、英國南安普敦大學(xué)光電子研究中心、德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)等的研究人員介紹的第一個實(shí)驗(yàn)證明是在空芯光子帶隙光纖（HC-PBGF）中進(jìn)行波分復(fù)用（WDM）和模分復(fù)用（MDM）相結(jié)合的光傳輸。為達(dá)到這個目的，使用了310米長、37芯核心幾何形狀的新型低損耗寬帶空芯光子帶隙光纖（HC-PBGF）。研究人員詳細(xì)揭示了這種新型光纖的模態(tài)性質(zhì)，說明了其不存在表面模式和低模串?dāng)_，因在空芯光子帶隙光纖（HC-PBGF）中采用波分復(fù)用（WDM）和模分復(fù)用（MDM）傳輸而達(dá)到了73.7 Tb/s的最高紀(jì)錄。對幾種調(diào)制方式進(jìn)行測試，顯示出非常不錯的效果和穩(wěn)定的性能。接著通過對單模傳輸和模分復(fù)用（MDM）傳輸進(jìn)行深入觀察來評估傳輸特性，結(jié)果顯示37芯空芯光子帶隙光纖（HC-PBGF）模態(tài)特性的一致性良好。