4/8/2014,2014年3月出版的JTL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、調(diào)制與光信號處理、光纖技術(shù)，筆者將逐一評析。

光纖在線特約編輯：邵宇豐 王煉棟 

1. 網(wǎng)絡(luò)及子系統(tǒng)
    對于未來的多核心系統(tǒng)而言，應(yīng)用光片上網(wǎng)絡(luò)（ONoC）將是一種很有前途的選擇。然而，光片上網(wǎng)絡(luò)（ONoC）的一些問題，例如功耗、仲裁開銷和設(shè)備成本，對其基本架構(gòu)的設(shè)計造成了許多限制。來自中國西安電子科技大學(xué)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室、微電子研究所和中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所的科研人員提出了一種命名為CWNoC的新型分層光片上網(wǎng)絡(luò)（ONoC）結(jié)構(gòu)，這是一個由多個中央控制子網(wǎng)組成的256核心的架構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)通過將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為多個子網(wǎng)而降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，并通過在每個子網(wǎng)中采用集中判優(yōu)邏輯來降低仲裁開銷。在CWNoC中還采用了一種充分利用寬帶微環(huán)諧振器的高效波長分配方法，這種方法有利于簡化光學(xué)層和降低爭用的可能性。仿真結(jié)果表明，CWNoC具有更好的延遲和功耗性能。例如，當運行在中低負荷時，與WANoC相比延遲可以減少高達40納秒，而總的功耗降低了70％。
    對于寬帶接入的帶寬瓶頸問題，無源光網(wǎng)絡(luò)（PONs）被認為是一種很有前途的解決方案。然而，由于它們的無源特性，限制了電源分配的靈活性，也使得傳統(tǒng)時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM-PONs）的性能受到限制；而未來波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（WDM-PONs）的性能受到靜態(tài)波長分配的限制。為了減輕這些限制對性能的影響，來自美國斯坦福大學(xué)電氣工程系光學(xué)與網(wǎng)絡(luò)研究實驗室的研究人員提出了一種包含QPAR的準無源可重配節(jié)點，能提供靈活的功率和帶寬分配，并可以從時分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（TDM-PONs）完美升級到波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)（WDM-PONs）的接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于它的準無源特性，QPAR只在重新配置期間有電源消耗。仿真結(jié)果表明，QPAR可以增加用戶的數(shù)量，擴大覆蓋的范圍；與傳統(tǒng)的無源光網(wǎng)絡(luò)（PONs）相比，還可以平衡網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)負載。QPAR可以利用分立元件或集成電路來實現(xiàn)。研究人員展示了實驗用的QPAR，它們使用了兩種不同器件，一種是基于微電子的機械系統(tǒng)，另一種是基于磁光材料的光學(xué)閉鎖開關(guān)。最后，研究人員還通過實驗研究了QPAR的性能。


    來自日本株式會社電氣工業(yè)公司研究與發(fā)展中心的科研人員提出了一種新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)綜合了城域網(wǎng)與接入網(wǎng)的特點，為距離遠、在人煙稀少地區(qū)且地理條件困難的家庭提供了通信服務(wù)，并且其光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的升級是平滑的、節(jié)能的。這是一種基于混合波分復(fù)用（WDM）和光碼分復(fù)用（OCDM）的系統(tǒng)。研究人員從分插復(fù)用（ADM）操作和波分復(fù)用（WDM）/光碼分復(fù)用（OCDM）串擾的角度，來研究該系統(tǒng)的可行性。在該系統(tǒng)中，當同時進行分出、插入以及信號發(fā)送操作時，通過檢查多路復(fù)用器的結(jié)構(gòu)來驗證分插復(fù)用（ADM）的運行。這樣也得到了多路復(fù)用器的輸入信號功率范圍。利用切趾濾波裝置可減少了波分復(fù)用（WDM）和光碼分復(fù)用（OCDM）的串擾影響。通過使用切趾濾波裝置，證實了在C波段3.2納米波長帶寬下，16×1.25Gb/s的光碼分復(fù)用（OCDM）是成功的。從上述結(jié)果可以估算出在本文所提出的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中160路混合復(fù)用的可行性。

    在混合光碼分多址（OCDMA）架構(gòu)中，光線路終端和光網(wǎng)絡(luò)單元之間使用不同類型的光編碼/解碼器（E/Ds）；混合40G光碼分多址無源光網(wǎng)絡(luò)（40G-OCDMA-PON）正被研究作為下一代無源光網(wǎng)絡(luò)階段2（NG-PON2）的一個候選系統(tǒng)，其中使用了單個多端口和超結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵（SSFBG）編碼/解碼器（E/Ds）。在本文中，來自日本大阪大學(xué)電氣電子與信息工程系、日本國家信息與通信技術(shù)學(xué)院光子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實驗室和日本藤倉公司光電實驗室的科研人員經(jīng)過努力，已經(jīng)開發(fā)了具有不同折射率分布的均勻采樣超結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵（SSFBG）編碼/解碼器（E/Ds），并且在混合40G-OCDMA-PON系統(tǒng)中比較了它們的編碼性能。實驗結(jié)果表明，在目前許多光碼分多址（OCDMA）系統(tǒng)中，該采樣分布改善了編碼的相關(guān)性能。研究人員還驗證了全雙工4-用戶× 40Gb /s混合光碼分多址無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中的編碼/解碼器（E/Ds）也使用了采樣超結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵（SSFBG）。首次實現(xiàn)總?cè)萘繛?60 Gb/s（4-用戶× 40Gb/s）的異步全雙工50公里傳輸。此外，他們還專注于下一代無源光網(wǎng)絡(luò)階段2（NG-PON2）的主要需求，并討論了光纖接入網(wǎng)引入混合40G-OCDMA-PON的幾個問題。

2. 無源和有源光子器件
    為了實現(xiàn)廣泛可調(diào)諧帶寬的緊湊型絕緣硅片帶通濾波器，來自意大利博洛尼亞大學(xué)網(wǎng)絡(luò)工程與電子信息系、米蘭理工大學(xué)電子信息與生物工程系和英國格拉斯哥大學(xué)工程學(xué)院的研究人員提出了一種綜合性的設(shè)計、制造和特征分析方法。該濾波器的結(jié)構(gòu)是基于非平衡馬赫-曾德爾干涉儀，這種干涉儀裝載了一對環(huán)形諧振器。通過控制環(huán)形諧振器的諧振頻率，就可實現(xiàn)寬范圍的帶寬調(diào)諧（從10％至90％自由頻程），同時保持良好的濾波器帶外抑制。所提供設(shè)計規(guī)則考慮到了制造公差以及損耗。此外，使用可調(diào)諧耦合器可獲得適應(yīng)性更強的濾波器頻譜響應(yīng)整形。對于非線性效應(yīng)的敏感性也做了仔細研究。通過在20納米波長譜上的使用，證明了研究人員提出的方法的有效性，該濾波設(shè)備可適用于波分復(fù)用系統(tǒng)中的信道子集選擇、無網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)濾波器和信號自適應(yīng)濾波。
    光子網(wǎng)絡(luò)芯片（NOC）用于連接大量在片級處理內(nèi)核，已經(jīng)被認為是一種很有前途而且切實可行的模式。光電混合的網(wǎng)絡(luò)芯片（NOC）提供了更實際的解決方案，使用電子網(wǎng)絡(luò)進行本地通信，同時用光網(wǎng)絡(luò)進行全球通信。在本文中，來自美國內(nèi)華達大學(xué)電氣與計算機工程系、馬里蘭大學(xué)工程與航空科學(xué)系以及中國科學(xué)院廣州先進技術(shù)研究所的科研人員探索了如何將光網(wǎng)絡(luò)和電子網(wǎng)絡(luò)進行有效組合，用來構(gòu)建一個混合的網(wǎng)絡(luò)芯片（NOC）。提出了在以蝴蝶型胖樹為基礎(chǔ)的光電混合網(wǎng)絡(luò)芯片（NOC）架構(gòu)中，使用通用波長路由的光路由器。仿真結(jié)果表明，與基于電子mesh和CMesh的網(wǎng)絡(luò)芯片相比，在流量類似的情況下，本文所提出的混合型網(wǎng)絡(luò)芯片達到了最佳的電源效率，并且顯著降低了局部流量的延遲。
    在工程實踐中，基于普克耳斯效應(yīng)的閉環(huán)光學(xué)電壓傳感器（OVS）不能達到所要求的精度等級，這主要是由于各種外界干擾和系統(tǒng)噪聲造成的，因此光學(xué)電壓傳感器（OVS）在低電壓測量中的應(yīng)用是受到限制的。在光學(xué)電壓傳感器（OVS）中，考慮到主閉環(huán)和次閉環(huán)的交叉耦合，主閉環(huán)中的干擾和系統(tǒng)噪聲模型是采用四態(tài)調(diào)制法進行分析的。根據(jù)已建立的光學(xué)電壓傳感器（OVS）噪聲擾動隨機模型，北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院的研究人員為OVS系統(tǒng)設(shè)計了一種閉環(huán)檢測算法，用于保證均方指數(shù)與給定的H∞性能穩(wěn)定，以優(yōu)化光學(xué)電壓傳感器（OVS）的檢測精度。通過實驗（對交流低電壓的測量范圍是從140伏至500伏）測量，結(jié)果表明光學(xué)電壓傳感器（OVS）的檢測精度是0.144 V，按比例換算實際相對測量誤差在±0.15％以內(nèi)，從而驗證了所提出的檢測算法是有效的。
    來自日本東京工業(yè)大學(xué)的研究人員在本文中回顧了用于高速率長距離光纖通信的半導(dǎo)體激光器，（即所謂的動態(tài)單模（DSM）激光器），以及40年的研究歷史。動態(tài)單模（DSM）激光器包括相移分布反饋（DFB）激光器、均勻相移分布反饋（DFB）激光器、波長可調(diào)（WT）分布式布拉格反射激光器、波長可調(diào)（WT）分布式反射激光器和外部反射激光器。垂直空腔表面發(fā)射激光器也是一種動態(tài)單模（DSM）激光器，主要用于較短距離的通信。集成了動態(tài)單模（DSM）激光器和其他設(shè)備的光子集成電路，以及光子晶體激光器，是支撐著光子子系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的主要因素。目前，對于絕大多數(shù)長途光通信和跨洋海底光纜，動態(tài)單模（DSM）激光器是必不可少的設(shè)備；對于中等距離的局域網(wǎng)絡(luò)也同樣如此。動態(tài)單模（DSM）激光器在傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用則是另一個令人感興趣的領(lǐng)域。

3. 光傳輸
    當前，人們對正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的關(guān)注和研究越來越多，尤其在接入網(wǎng)的光信號傳輸系統(tǒng)中，該技術(shù)獲得了到廣泛運用。自適應(yīng)調(diào)制光正交頻分復(fù)用（AMOOFDM）系統(tǒng)已被證明是符合成本效益的解決方案之一。在自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)中，Levin–Campello（LC）比特/功率負載是一種在數(shù)字用戶線路（xDSL）系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，這種技術(shù)也被證明能給無放大光強度調(diào)制/直接檢測（IMDD）傳輸帶來優(yōu)異的性能。在本文中，來自法國電信實驗室（Orange Labs）和布列塔尼電信學(xué)院電子工程系的科研人員提出并研究的是一種新型的預(yù)編碼正交頻分復(fù)用（POFDM），采用了自適應(yīng)離散傅立葉變換。通過數(shù)值模擬表明，在消減率為10?3時發(fā)送OFDM信號，所提出的調(diào)制方案可降低高達2 dB的峰值平均功率比。這樣一來，在功率放大器之前，對激光器驅(qū)動電流施加的輸入補償可以更小，與傳統(tǒng)的LC自適應(yīng)調(diào)制光正交頻分復(fù)用（AMOOFDM）系統(tǒng)相比，這種預(yù)編碼正交頻分復(fù)用（POFDM）系統(tǒng)的功率消耗更低。根據(jù)模擬結(jié)果，在無放大光強度調(diào)制/直接檢測（IMDD）傳輸中，電源放大器的能量消耗減少了二分之一；同時，本文提出的系統(tǒng)實現(xiàn)了與傳統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制方案相同的性能。


4. 調(diào)制與光信號處理
    在室內(nèi)環(huán)境中的可見光通信（VLC），除了受制于LED的有限帶寬以外，還受到多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的符號間干擾（ISI）影響。在本文中，來自弗吉尼亞大學(xué)查爾斯-布朗電子與計算機工程系的科研人員主要介紹了對室內(nèi)光無線通信（OWC）系統(tǒng)進行性能提高的傳輸方案。在這個方案中建議使用修正脈沖位置調(diào)制（EPPM），因為在室內(nèi)光線昏暗的照明條件下，它可以提供一個寬范圍的峰值平均功率比（PAPR）。對充斥著散彈噪聲和有限背景光的室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)而言，在接收器中使用相關(guān)性解碼器被證實是最佳的選擇。在修正脈沖位置調(diào)制（EPPM）中應(yīng)用交錯技術(shù)，可減少色散可見光通信信道的符號間干擾，從而顯著減小誤碼率。對于可見光通信系統(tǒng)或其他任何色散光無線通信系統(tǒng)，與單純的脈沖位置調(diào)制（PPM）相比，由于交錯技術(shù)的運用，使修正脈沖位置調(diào)制（EPPM）成為一種更好的調(diào)制選擇。當使用有帶寬限制的白色LED作光源時，為了增加傳輸速率，研究人員提出了重疊修正脈沖位置調(diào)制（EPPM）脈沖技術(shù)。
    在使用白光發(fā)光二極管（LED）作為光源的可見光通信（VLC）系統(tǒng)中，為了向多個用戶提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，需要新的適應(yīng)于照明特點的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在本文中，來自弗吉尼亞大學(xué)查爾斯-布朗電子與計算機工程系的科研人員介紹了兩種使用修正脈沖位置調(diào)制（EPPM）的多路接入技術(shù)，這些技術(shù)可使用LED來實現(xiàn)，并支持類似光線昏暗的照明特點。多級符號是為多個用戶提供M元信號，用于使用多級修正脈沖位置調(diào)制（EPPM）。在第一種技術(shù)中，每個用戶的M元數(shù)據(jù)首先用已分配給用戶的光正交碼進行編碼，編碼結(jié)果被送入修正脈沖位置調(diào)制（EPPM）編碼器，以產(chǎn)生一個多級信號。在第二種多路接入方法中，使用EPPM星座的子集來對每個用戶的數(shù)據(jù)進行多級修正脈沖位置調(diào)制（MEPPM）。第一種方法中各個用戶的碼元之間有更大的漢明距離；而在使用有帶寬限制LED的可見光通信系統(tǒng)中，第二種方法可以為用戶提供更高的傳輸比特率。這兩種技術(shù)都能夠在正常光照條件下，支持最多15個用戶同時達到200 Mb/s的傳送速率，誤碼率為10-3。
    來自印度德里理工學(xué)院物理系的研究人員提出一種用于獲取高損耗波導(dǎo)模態(tài)特性的方法，這種方法簡單而準確。為了確定傳播常數(shù)的實部和虛部，這種方法需要對洛倫茲峰的位置進行定位。與計算洛倫茲峰半峰半寬度（HWHM）的方法相比，這次提出的方法提供了更精確的的結(jié)果，即使在前者失敗的情況下仍能運作。該方法實現(xiàn)簡單，收斂速度非常快。利用基于平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振實例，證明了該方法的適用性。
    來自加拿大拉瓦勒大學(xué)電氣工程系光學(xué)、光子學(xué)和激光中心的研究人員對多級編碼調(diào)制（MLCM）的運用進行了研究，以便用于相干系統(tǒng)中的16進制信號的星座圖分析。研究人員所考慮的一種多級編碼調(diào)制（MLCM）系統(tǒng)，含有里德-所羅門分量編碼和多級解碼器。還介紹了一種系統(tǒng)數(shù)值方法用于尋找設(shè)置分區(qū)和最優(yōu)碼率。該方法僅需要接收樣本的概率密度函數(shù)，并且可以應(yīng)用到任何星座而不論是否不規(guī)則或缺乏對稱性。本文所設(shè)計的多級編碼調(diào)制（MLCM）系統(tǒng)，其性能在非線性相位噪聲和正相噪聲上得到了驗證。對于非線性相位噪聲受限系統(tǒng)，使用上述方法設(shè)置分區(qū)后有效地改善了系統(tǒng)的塊誤碼率（BLER）。在相位噪聲受限系統(tǒng)中，既研究了塊誤碼率（BLER）又研究了誤碼率（BER），結(jié)果用于相位噪聲優(yōu)化和方形16進制正交幅度調(diào)制（16QAM）。在方形16進制正交幅度調(diào)制（16QAM）中，對優(yōu)化后星座的前后向糾錯（FEC）誤碼率性能進行了研究，用于在不同的相位噪聲電平下工作。研究表明，在高相位噪聲制度和低前后向糾錯誤碼率的情況下，優(yōu)化后的星座連同多級編碼調(diào)制（MLCM）系統(tǒng)，對信噪比的要求比以往降低了幾個dB。


5. 光纖技術(shù)
     來自中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光材料重點實驗室和華南理工大學(xué)光通信材料研究所的研究人員展示了全固態(tài)的Nd3+摻雜硅酸鹽光子晶體光纖，相關(guān)參數(shù)為當波長為1061納米、斜度效率為64.5％時輸出功率是13.1瓦。研究人員還從理論上研究并驗證了約束損耗和雙包層光子晶體光纖激光器重疊部分的影響。他們在此基礎(chǔ)上海提出了一種創(chuàng)新的設(shè)計方案來提高激光光束的收發(fā)質(zhì)量。