2/13/2008,已經(jīng)到了二月中旬，可是一月的JLT還沒有出版，所以只好暫時將一月的評析任務(wù)放在一邊。每到年終都看到各種各樣的點評，所以干脆我就在這期對十年來的光通訊研究論文做一個概要的點評。光通訊包括的研究內(nèi)容不勝枚舉，所以要做到總結(jié)回顧也并不容易。既然稱為點評，索性就仿照電視上大大小小年終點評的格式，針對十年來研究最密集的幾個主題，簡單扼要的做個總結(jié)。
一．光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
波分復用（WDM）：
技術(shù)概要：不同的波長載有不同的信息，通過波分復用器復用在一根光纖內(nèi)傳輸。WDM技術(shù)已經(jīng)廣泛研究了二十多年，已經(jīng)解決了主要的技術(shù)難題，正由實驗室走向?qū)嵱没��?
論文數(shù)目：2280。十年內(nèi)共有2280篇發(fā)表在英文國際核心期刊上的論文，可以稱為光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)方面研究最密集的一個主題。
研究焦點：回顧十年來的WDM研究論文，可以發(fā)現(xiàn)當前的研究有兩個焦點，一是降低成本。二是提高系統(tǒng)靈活性。
成本是決定WDM技術(shù)能否真的走向?qū)嵱没�的關(guān)鍵，目前就如何降低WDM成本的研究主要有兩個內(nèi)容，一是降低光收發(fā)的成本，例如采用大范圍可調(diào)發(fā)射器、光源中央化（僅在OLT使用一個光源）、光源無色化等；另一個是實現(xiàn)波長再利用，即下載信號波長被上載信號再利用。
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)靈活性是決定WDM能否提供更高服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。關(guān)于這個問題的研究內(nèi)容很多，如融入組播功能、增強安全性、與IP協(xié)議兼容等。
代表論文：之一Yijun Xiong, et al, “Control architecture in optical burst
 switched WDM networks”, IEEE journal of selected areas in communications, 
18(10): 1838-2071, 2000. 來自Alcatel公司的研究論文，是增強系統(tǒng)靈活性的典范。作者解決了直接在WDM鏈路上傳輸IP數(shù)據(jù)包的技術(shù)問題，并解決了如何在系統(tǒng)里實現(xiàn)光突發(fā)模式交換的細節(jié)問題。論文共被引用131次，是目前WDM相關(guān)研究上被最多關(guān)注的論文。
    之二 Biswanath Mukherjee, “WDM optical communication networks:
 progress and challenges”, IEEE journal of selected areas in communications,
 18(10): 1810-1824, 2000. 與上篇論文發(fā)表在同一期刊同一期上，這期是該雜質(zhì)8年前辦的一個關(guān)于WDM的�？�。該論文被引用96次，受關(guān)注度僅次于前面那篇。受關(guān)注原因在于其教科書式的知識普及，是從事WDM研究者的入門必讀論文。此外其于八年前對WDM技術(shù)趨勢的預測從今天看來也非常準確，這也是該篇文章備受推崇的亮點之一。
技術(shù)點評：技術(shù)無限好，成本是關(guān)鍵。
光碼分多址復用接入（OCDMA）：
技術(shù)概要：是利用光纖的豐富帶寬和高速的光信息處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)信號擴頻成光脈沖序列，經(jīng)光纖傳輸后，再利用光學相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)解碼的技術(shù)；是將擴頻多址射頻同軸連接與大容量的光纖通信技術(shù)相結(jié)合的通信方式，能更有效地彌補微波通訊帶寬不足的缺陷。與WDM相比優(yōu)勢在于簡單靈活與高安全性。
論文數(shù)目：506。在光接入方案研究的廣度上，OCDMA技術(shù)是十年內(nèi)僅次于WDM的技術(shù)。但其真正火熱的被研究僅起始于04年。
研究焦點：由于OCDMA研究歷史短，因此需要解決的細節(jié)問題很多。主要研究方向包括：編解碼方式的實現(xiàn)與改進，目前已經(jīng)有的編解碼技術(shù)有利用陣列波導光柵（AWG）和采樣光纖光柵兩種，大量研究正圍繞這兩種技術(shù)進行改進；提高安全性，OCDMA相比WDM的一個優(yōu)勢就在于其安全性高。因此大量研究針對其安全性做文章，力求錦上添花；系統(tǒng)實驗，由于技術(shù)不成熟，因此大量的實驗被開展，以對系統(tǒng)工作情況作實測研究。
代表論文：之一 Andrew Stok, et al, “The role of optical CDMA 
in access networks”, IEEE CommunicationsMagazine, 83-87, Sep., 2002. 文如其名，以最淺顯的描述概況OCDMA在光接入網(wǎng)中的角色：靈活，不需要對現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)進行大的改變；網(wǎng)絡(luò)控制管理簡單，這決定了其有望實現(xiàn)低成本；安全性高，這決定了其具有獨特的軍事保密應用。
          之二 Zou Wei, et al, “Modified quadratic congruence codes for
 fiber Bragg grating based spectral amplitude coding optical CDMA systems ”,
 Journal of Lightwave Technology, 19(9): 1274-1281, 2001. 最受關(guān)注的OCDMA技術(shù)文章，作者針對譜相位編碼的OCDMA應用，提出了一些新的碼型，以抑制強度噪聲，改進系統(tǒng)性能。并基于光纖光柵，構(gòu)建了新的光收發(fā)模塊。
技術(shù)點評：簡單可靠，但問題多多，扮演邁向WDM時代過度技術(shù)的角色。
光交換：
技術(shù)概要：現(xiàn)在的光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)有光路交換（OCS）、光分組交換（OPS）和光突發(fā)交換（OBS）三種。簡單總結(jié)三種交換模式的關(guān)系為，OCS簡單但缺點多，OPS技術(shù)最被看好，但瓶頸較難突破，OBS為兩者的過度技術(shù)。
論文數(shù)目：1335篇。光交換是光網(wǎng)絡(luò)里研究密集度僅次于WDM的技術(shù)。而其中占一般比例的又是OBS技術(shù)的研究。因為研究者普遍認為，OBS是最有希望商用的性能較優(yōu)的光交換技術(shù)。
研究焦點：OBS的具體應用，特別是針對IP基的WDM應用，有著廣泛密集的研究；此外以光標簽交換的OPS網(wǎng)絡(luò)也是一個研究重點。
代表論文：Chunming Xiao, et al, “Optical burst switching (OBS) 
– a new paradigm for an optical Internet”, Journal of High Speed Networks
 8(1): 69-84, 1999. 該篇論文累積被引用265次，這在光通訊領(lǐng)域里是罕見的高引用率。文章發(fā)表在一個綜合看來并不太好的期刊上，卻得到了其應有的重視，可謂真金不怕火煉。該篇可看作OBS應用研究的開山之作，作者描述了OBS協(xié)議的一般性概念，并對面向IP基WDM應用闡明了一些基本問題。并重點描述了基于恰量時間（JET）的OBS協(xié)議性能，對延時線使用等具體問題也做了介紹。
技術(shù)點評：高效透明容量大是OBS的優(yōu)勢，大型城域網(wǎng)應用前景很受看好。
差分相移鍵控(DPSK)：
技術(shù)概要：如果留意過PTL和JLT評析的朋友都會知道，DPSK是近年來研究非�；馃岬募夹g(shù)。原因在于DPSK調(diào)制格式有兩個顯著優(yōu)勢，一是接收靈敏度很高，二是對各種信號損傷具有天然的抵御力。后者尤為重要，因為DPSK受到關(guān)注是伴隨著近年來高速大容量網(wǎng)絡(luò)的推廣應用而開始的。在低于10Gb/s的系統(tǒng)里，非線性損傷的影響并不明顯，但對40Gb/s及以上的高速網(wǎng)絡(luò)，非線性成為決定系統(tǒng)性能的最關(guān)鍵因素，因此在未來高速大容量網(wǎng)絡(luò)里，DPSK成為最具潛力的信號調(diào)制格式。
論文數(shù)目：336。關(guān)于光調(diào)制格式的論文有很多，但僅針對DPSK的就有336篇，足見其受關(guān)注度。
研究焦點：對DPSK的研究與別的技術(shù)不同，因為其研究焦點不在技術(shù)本身，而在其應用上，一大堆的論文都在證明一個道理，使用了DPSK格式，能夠獲得更好的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)更遠的傳輸距離。此外，DPSK的推廣也誕生了另一個獨特應用，即在強度調(diào)制信號基礎(chǔ)上，再次進行DPSK的相位調(diào)制，這也是提高光譜利用效率的一個有效手段。
代表論文：之一 Hoon Kim, et al, “Experimental investigation of
 the performance limitation of DPSK systems due to nonlinear phasenoise”, 
IEEE Photonics Technology Letters, 15(2): 320-322, 2003. 以58次的引用位居該主題之首。論文從實驗角度闡述了非線性如何影響DPSK，進一步指出雖然DPSK對非線性公差大，但仍會受其影響。
          之二 Peter Hoeher et al, “’Turbo DPSK’: iterative differential
 PSK demodulation and channel decoding”, IEEE Transcitions on Communications, 
47(6): 837-843, 1999. 多階調(diào)制是進一步提高光譜效率的有效手段，該篇論文就從如何對多階DPSK解調(diào)的角度來探討這一問題。
    以上兩篇論文都是從DPSK技術(shù)本身出發(fā)的研究代表。但正如前面所述，這類問題在整個DPSK論文中是鳳毛麟角的。絕大多數(shù)在于其在高速大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)里的應用研究。但這些論文非常散亂，因此無法具體說哪篇具有代表性。
技術(shù)點評：是未來高速大容量網(wǎng)絡(luò)不可或缺的信號調(diào)制方式。
偏振模式色散（PMD）：
技術(shù)概要：前面提到DPSK對高速大容量網(wǎng)絡(luò)的重要性，原因在于其對信號損傷的良好抵御力。而在眾多信號損傷因素里，PMD是最受研究者關(guān)注的一個。PMD來源于光纖的雙折射，因兩個偏振分量在光纖里具有不同的有效折射率，這樣在傳輸一段距離以后，由于光程差的不同而讓兩個偏振的信號有了滯后，進而產(chǎn)生誤碼。以上只是一個簡單描述，但事實上PMD對信號的作用異常復雜，是個高階非線性問題。這些暫且拋在一邊，如果查看早起的光纖技術(shù)指標，會發(fā)現(xiàn)經(jīng)常忽略了這一項指標。而最近十年P(guān)MD被如此關(guān)注，其原因也在于高速大容量網(wǎng)絡(luò)的推廣。可見應用決定一切。
論文數(shù)目：411。單對一個網(wǎng)絡(luò)損傷指標，十年就有411篇論文發(fā)表在主要英文期刊上，受關(guān)注度可見一斑。
研究焦點：和DPSK形成鮮明對比。對PMD的研究一多半以上圍繞技術(shù)本身。分析其對信號影響的機理、各階次的影響差異性、分析方法、如何測試以及如何補償?shù)鹊�。PMD對信號影響的一個特色就在于會和其它信號損傷，如偏振相關(guān)損耗（PDL）交互作用，產(chǎn)生1+1>2的危害。這些都是研究焦點。因此凡遇到從事PMD研究的人，我都會異常佩服，因為實在需要非常深厚的數(shù)學功底。隨便拿起一篇PMD相關(guān)的論文，幾乎都會看到密密麻麻的公式，讓人頭大。
代表論文：J. P. Gordor, et al, “PMD fundamentals: polarization
 mode dispersion in optical fibers”, PNAS, 97(9): 4541-4550, 2000. 這是一篇典型的PMD入門指導，詳細論述PMD的概念和計算分析方法，全篇都是公式推導。以154次的高引用率位居同類論文之首。
技術(shù)點評：隨著近十五年的轟炸式研究，PMD的理論研究已趨成熟。關(guān)于缺陷本身的研究即將淡出江湖，對未來研究，如何有效補償才是關(guān)鍵。

二．光無源器件：
光纖：
技術(shù)概要：標準單模光纖（SMF）作為整個光通訊的基礎(chǔ)載體，本身已經(jīng)沒有什么太大的研究價值。因此光纖這部分的研究主要集中于非SMF的研制與運用。例如多模光纖在短距離傳輸中的運用，塑料光纖的制作工藝以及相關(guān)器件發(fā)展等。此外基于光纖本身的器件也層出不窮。
論文數(shù)目：5071。一個相當龐大的數(shù)字，把所有這些論文打印收集起來可以堆滿整張桌子。
研究焦點：所有光纖相關(guān)研究內(nèi)容里，多模光纖、塑料光纖和光子晶體光纖是研究最多的主題。此外特種光纖，如保偏光纖等也有許多研究。所有這些當中如果選出一個“最”受關(guān)注的，當屬光子晶體光纖。光子晶體雖然被研究了好多年，但真的成功商用的只有光子晶體光纖一種，且其獨特結(jié)構(gòu)和光譜特性，推動了許多全新的光學應用。
代表論文：之一 J. C. Knight, et al, “Anomalous dispersion 
in photonic crystal fiber”, IEEE Photonics Technology Letters, 12(7): 807-809, 2000. 有關(guān)光子晶體光纖的最早期實驗結(jié)果，研究了其群色散特性。對后期光子晶體光纖在光孤子傳輸，以及超快脈沖發(fā)射方面的眾多應用具有啟蒙意義，累積引用達212次。
          之二 B. J. Eggleton, et al, “Microstructured optical fiber devices,”
 Opt. Express 9, 698-713 (2001). 是對光子晶體光纖孔洞形狀以及光學特性的最全面研究，最有指導意義的就是其探索了基于微結(jié)構(gòu)光纖的改進加工工藝，例如寫入光纖光柵等。從而為光子晶體光纖的應用打開了方便之門。
技術(shù)點評：光纖已經(jīng)不再單純以一個細小圓柱玻璃的形式展現(xiàn)在人類面前。光纖的材料和結(jié)構(gòu)越來越多樣化。其應用也不再僅局限在信號傳輸載體。光纖未來的發(fā)展有望迎來一個全光纖器件時代。
光纖光柵（FBG）：
技術(shù)概要：最初的FBG是利用摻鍺光纖在紫外光照后芯層折射率會改變的原理，在光纖內(nèi)通過掩膜紫外曝光讓芯層產(chǎn)生周期性折射率變化，形成光柵結(jié)構(gòu)。根據(jù)光柵周期的差異，短周期的為FBG，長周期的稱為LPG。后者是光纖傳感最重要的應用結(jié)構(gòu)之一，而前者則是光通訊里最重要的無源器件之一，涉及從收發(fā)器到傳輸，到管理維護的方方面面應用。
論文數(shù)目：1418。涵蓋了從光有源無源器件，到全光網(wǎng)絡(luò)應用的各個層面。
研究焦點：最時髦的研究是具有任意折射率分布的FBG設(shè)計、制作以及應用。這種啁啾FBG能夠獲得各種特殊的光學特性，從而可以具有許多獨特應用。工藝上，也力求拋棄掩膜曝光技術(shù)，而采用雙光束干涉，并精確控制平臺走位來實現(xiàn)各種復雜折射率分布。
代表論文：之一 Ricardo Feced, et al, “An efficient inverse 
scattering algorithm for the design of nonuniform fiber Bragg grating”,
 IEEE Journal of Quantum Electronics, 35(8): 1105-1115, 1999. 這是一篇就啁啾FBG設(shè)計的理論文章，被奉為非均勻FBG設(shè)計制作的經(jīng)典之作。
    之二 Morten Ibsen, et al, “Sinc-sampled fiber Bragg gratings for 
identical multiple wavelength operation”, IEEE Photonics Technology Letters,
 10(6): 842-844, 1998. 非常規(guī)折射率分布的最初實驗結(jié)果，引用超過百次，對后期色散補償甚至OCDMA的編解碼應用都有參考價值。
技術(shù)點評：在光纖內(nèi)寫入光柵，比外接平面波導器件具有更可靠的特性。特別隨著啁啾采樣Bragg光柵技術(shù)的成熟，F(xiàn)BG已經(jīng)融入光通訊的方方面面，成為最重要的無源器件。
環(huán)形共振器：
技術(shù)概要：器件基于平面波導集成技術(shù)制作，結(jié)構(gòu)很簡單，兩根直波導中間有一個圓環(huán)波導。當由一根直波導內(nèi)輸入的入射波長恰好與一定半徑的圓環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時，光便經(jīng)過共振環(huán)進入了另一根直波導。簡單的結(jié)構(gòu)和簡單的原理，卻讓該器件具有了難以想象的廣闊應用。
論文數(shù)目：396。一個簡單的結(jié)構(gòu)被如此廣泛的研究，足以證明其實用價值。
研究焦點：研究熱點在應用，光學濾波，光開關(guān)，波分復用，以及光學信號處理等等。而結(jié)構(gòu)設(shè)計上，也是以應用為目標，對現(xiàn)有簡單結(jié)構(gòu)進行拓展。所以翻開環(huán)形共振器的論文，經(jīng)�？吹降氖侵辈▽Ш蛨A環(huán)的各種排列組合。
代表論文：之一B. E. Little, “Ultra compact Si-SiO2 microring 
resonator optical channel dropping filters”, IEEE Photonics Technology Letters,
 10(4): 549-551, 1998. 環(huán)形共振器結(jié)構(gòu)的最早期研究成果，面向濾波使用，以硅基底二氧化硅集成工藝制作了器件。
    之二 John E. Heebner, et al, “Enhanced all optical switching by use of
 a nonlinear fiber ring resonator”, Optics Letters, 24(12):847-849, 1999. 證明該共振環(huán)也可以用全光纖結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
    之三 B. E. Little, “Very high order micrioring resonator filters for WDM 
applications”, IEEE Photonics Technology Letters, 16(10): 2263-2255, 2004.所謂高階共振，就是在兩根直波導間使用多個共振圓環(huán)。高階濾波的作用就像通常的多層薄膜，薄膜鍍多層不容易，但環(huán)形共振器你想制作多少個共振環(huán)都容易實現(xiàn)。這也是環(huán)形共振環(huán)得到重視的根本，其可以取代許多經(jīng)典光學結(jié)構(gòu)。
技術(shù)點評：簡單的結(jié)構(gòu)不簡單的價值。

三．有源器件：
激光器（單純指半導體激光器和光纖激光器）：
技術(shù)概況：光通訊方面應用的激光器有半導體激光器和光纖激光器兩種。但細分的話，品種可以說是五花八門。但對光網(wǎng)絡(luò)而言，光源的成本仍是整個系統(tǒng)成本的重頭戲。因此盡管光源種類不少，但適合應用的卻也不容易找。
論文數(shù)目：6144。是光通訊相關(guān)主題里研究最多的內(nèi)容。有這么多論文其實并不奇怪，單就半導體激光器而言就橫跨了光學、理論物理、材料、電子等多個研究學科。
研究焦點：理論和工藝都有不少研究。單就器件類型來看，目前最熱的有垂直腔面輻射激光器（VCSEL）、量子點激光器、分布反饋激光器等研究內(nèi)容。而最近兩年，研究最多的則是量子阱和量子點激光器。
代表論文：K. Nakahara, et al, “1.3 μm continuous wave lasing 
operation in GaInNAs quantum well lasers”, IEEE Photonics Technology Letters,
 10(4): 487-489, 1998. 和D. L.Huffaker, “1.3 μm room temperature GaAs 
based quantum dot laser”, Applied Physics Letters,78(18): 2564-2566, 1998. 同年發(fā)表在同一波段實現(xiàn)的半導體激光器，分別基于量子阱和量子點結(jié)構(gòu)，同時被奉為半導體激光器研究論文的經(jīng)典，引用超過150次。
技術(shù)點評：種類雖多，但性能互有優(yōu)劣，如何有效取長補短，是光源研究面臨的最大問題。
光調(diào)制器：
技術(shù)概要：光調(diào)制器基于的原理有很多，如熱光效應、電光效應等等。目前比較常用的有電光調(diào)制器和電吸收調(diào)制器兩種。最常用的光調(diào)制器是基于鈮酸鋰材料的電光調(diào)制器，能用于40Gb/s以下的直接光調(diào)制。
論文數(shù)目：734。不大不小的數(shù)量，決定了不溫不火的研究現(xiàn)狀。
研究焦點：有兩個，一個是高速，另一個是集成。都是針對現(xiàn)有商用的鈮酸鋰調(diào)制器而言，因為鈮酸鋰調(diào)制器很難實現(xiàn)超過40Gb/s的調(diào)制，也因為它的晶體結(jié)構(gòu)，不利于半導體集成。對高速調(diào)制而言，有利用聚合物等材料實現(xiàn)200Gb/s調(diào)制速率的報導。而對集成而言，采用基于半導體材料的電吸收調(diào)制器是最受推崇的技術(shù)。
代表論文：Beck Mason, et al, “Widely tunable sampled grating
DBR laser with integrated electroabsorption modulator”, IEEE Photonics
Technology Letters, 11(6): 638-640, 1999.目前光調(diào)制器和激光器集成在一塊芯片上共同組成光收發(fā)模塊已經(jīng)成為主流技術(shù)。調(diào)制器與光源已經(jīng)成為不可分割的共同體。
技術(shù)點評：更快的速度更高的集成是永久的目標。
光接收器：
技術(shù)概況：在光通訊里，光接收器負責在光網(wǎng)絡(luò)的最終端對調(diào)制的光信號進行探測解調(diào)。響應速度快和敏感是對該類器件的最根本要求。
論文數(shù)目：262。平均每年不到30篇的研究論文數(shù)目表面該主題的研究目前處于趨冷狀態(tài)。
研究焦點：和光通訊里別的主題明顯不同，光接收器的研究一直處于被動地位�？梢哉f是別的技術(shù)研究的附屬品。比如OCDMA技術(shù)火了后，就有人試圖研究如何對OCDMA系統(tǒng)信號進行最高效的解調(diào)，再比如DPSK調(diào)制格式被廣泛的研究了，就有人研究如何對該格式信號進行高靈敏度解調(diào)。
代表論文：Sina Zahedi, et al, “Analytical comparison of
various fiber optic CDMA receiver structures”, Journal of Lightwave Technology,
18(12):1718-1727, 2000. 和 A. H. Gnauck, et al,“Demonstration of 
42.7 Gb/s DPSK receiver with 45 photons/ bit sensitivity”, IEEE Photonics 
Technology Letters, 10(4): 487-489, 1998.如前所述，兩篇論文分別從理論和實驗角度對OCDMA系統(tǒng)和DPSK調(diào)制格式的接收器設(shè)計做了研究。
技術(shù)點評：新的光通訊應用總是帶來改進的接收器結(jié)構(gòu)，但對接收器技術(shù)而言，接下來幾年也不會有更大的研究突破了。