3/17/2010,現(xiàn)對(duì)本月光學(xué)領(lǐng)域最頂級(jí)的幾個(gè)國(guó)際期刊中和光通信相關(guān)的論文做一個(gè)概要總結(jié)，以幫助各位朋友了解光通信領(lǐng)域國(guó)際最前沿的研發(fā)動(dòng)向。
《Optics Letters》Vol. 25. No.3-5：
    隨著微波光子學(xué)（RoF）的發(fā)展，近來將有線天線電視（CATV）和微波射頻信號(hào)同時(shí)加載在光纖中一起傳輸，受到越來越多研究者的關(guān)注。要想實(shí)現(xiàn)這一思路，目前遇到的主要問題是系統(tǒng)在受載波合成二次及三次拍差比嚴(yán)重影響后，傳輸載噪比大幅下降，導(dǎo)致誤碼率難以滿足實(shí)用需求。為此臺(tái)北科技大學(xué)做了實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了改進(jìn)系統(tǒng)，保證了CATV/RoF在單模光纖中以10-9誤碼率的正常傳輸。其建議的系統(tǒng)主要有兩個(gè)改進(jìn)，首先在其40km的單模光纖傳輸上，額外使用了一段1.43km的光子晶體光纖（PCF），該光纖具有負(fù)色散，起到色散補(bǔ)償?shù)淖饔�；此外，系統(tǒng)里還使用了一個(gè)可調(diào)光帶通濾波器（TOBPF），可對(duì)CATV信號(hào)實(shí)現(xiàn)雙邊帶對(duì)單邊帶的信號(hào)轉(zhuǎn)換，同時(shí)可對(duì)RoF信號(hào)選通上邊帶。作者建議的系統(tǒng)相比常規(guī)CATV/RoF混合系統(tǒng)，探測(cè)靈敏度提高了7.5dB左右。
    澳大利亞研究者報(bào)到了如何在聚合物光纖中寫入光纖光柵的研究方法。作者使用355nm波長(zhǎng)激光器作為寫入光源，能分別在多模和單模聚合物光纖中寫入光柵，其原理是利用塑料光纖材料的光折變效應(yīng)；香港城市大學(xué)的研究者使用光纖環(huán)形共振器制作了波長(zhǎng)選擇濾波器，可方便用于波分復(fù)用（WDM）信道的選擇和調(diào)節(jié)。光纖環(huán)形共振器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但因?yàn)榛�于共振原理，所以共振譜寬非常窄，不太適合非密集波分復(fù)用。作者這里做了改進(jìn)，在共振器前后各使用了一段長(zhǎng)周期光纖光柵（LPG），因此共振環(huán)內(nèi)工作模式不再是導(dǎo)模，而是包層模，這樣可以使得共振頻帶間隔達(dá)到GHz量級(jí)，適合一般的WDM應(yīng)用。
《Optics Express》Vol.18, No.5-6:
    新加坡研究者就FTTH建議了自己的PON結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)制作了單片集成的光收發(fā)模塊。首先其PON架構(gòu)和常規(guī)結(jié)構(gòu)的差異為，下行1490nm信號(hào)和上行1310nm信號(hào)使用獨(dú)立的兩根光纖。在ONU里不含有激光器，下行1490nm信號(hào)光和連續(xù)的1310nm光經(jīng)一個(gè)粗波分復(fù)用器耦合在同一根光纖中傳輸，在ONU，1490nm信號(hào)被解調(diào)，同時(shí)1310nm連續(xù)光被調(diào)制信號(hào)，并傳入上行光纖中。作者建議的架構(gòu)優(yōu)勢(shì)是ONU不再使用光源，降低了成本，缺點(diǎn)是需要兩路獨(dú)立光纖。作者的另一項(xiàng)工作是使用硅光子集成，將調(diào)制器、WDM器，探測(cè)器和相關(guān)電子元件單片集成，制作了適合于其所建議PON應(yīng)用的集成光收發(fā)模塊。
    光正交頻分復(fù)用（OFDM）是近來廣受關(guān)注的信息復(fù)用技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)是對(duì)色散、PMD公差高，降低了高速調(diào)制下，對(duì)信號(hào)補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)要求。在高速率，高光譜效率的OFDM系統(tǒng)里，同相通道與正交通道的失衡（I/Q失衡）是最主要的信號(hào)性能損傷因素。對(duì)此日本研究者使用電子補(bǔ)償?shù)姆椒ㄑa(bǔ)償了I/Q失衡，補(bǔ)償在發(fā)射和接收端分別進(jìn)行，發(fā)射端基于正交測(cè)試信號(hào)法，接收端使用多尺度圖像迭代算法，使用這樣的混合法補(bǔ)償，作者實(shí)驗(yàn)證明可將強(qiáng)度公差提高± 10%，將相位公差提高± 0.085rad，由此帶來的額外功耗大約1dB；加拿大研究者也是對(duì)高速長(zhǎng)距離OFDM系統(tǒng)，立足數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)做了信號(hào)補(bǔ)償，其特色是補(bǔ)償為自適應(yīng)式的，通過發(fā)射微波導(dǎo)頻信號(hào)，能夠?qū)��?shí)際傳輸光信號(hào)的碼間隔實(shí)時(shí)判斷，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡。
    光纖模式在數(shù)學(xué)上意味著麥克斯韋方程組在光纖截面邊界條件下的本征解，具有獨(dú)立正交性。因此以不同模式傳輸?shù)墓怆m然會(huì)發(fā)生干涉等現(xiàn)象，但傳輸上彼此獨(dú)立正交，不會(huì)明顯干擾。有許多研究欲將模式作為一種變量，就像波長(zhǎng)、時(shí)間、頻率、和偏振一樣，用于實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的復(fù)用。并且結(jié)合其他復(fù)用方式，如WDM的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)展信息復(fù)用容量。日本北海道大學(xué)的研究者設(shè)計(jì)了用于模式復(fù)用的四路復(fù)用/解復(fù)用器，其特點(diǎn)是全光纖設(shè)計(jì)，避免了光纖同平面光波回路（PLC）器件耦合的不穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)采用多芯光纖結(jié)構(gòu)，中心直徑上緊密排列四根光纖，為輸入通道，邊緣沿對(duì)角方向放四根各不相同的光纖，模式復(fù)用利用的就是不同光纖間的模式匹配特性，即當(dāng)光纖導(dǎo)模與兩不同光纖間的耦合模匹配時(shí)，一個(gè)光纖中的本征模耦合進(jìn)入另一根光纖；盡管光纖中不同模式具有獨(dú)立正交性，但利用一些光學(xué)原理還是可以讓模式間相互轉(zhuǎn)換的。如果能實(shí)現(xiàn)模式間的相互轉(zhuǎn)換，就可以有效對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行管理，并可容易實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償?shù)裙δ堋５聡?guó)研究者利用納秒脈沖激光器在少模光纖中，利用兩個(gè)導(dǎo)模的拍頻產(chǎn)生的克爾效應(yīng)，寫入了長(zhǎng)周期光纖光柵，該光柵能讓反向傳輸?shù)墓庥蒐P01模轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)P11模；此外，丹麥研究者在兩多模光纖間連接61端口的耦合器，耦合器由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖制成，這樣的結(jié)構(gòu)能將將多模輸入光轉(zhuǎn)換為單模，且損耗僅為0.76dB。特別有益的結(jié)果是，其設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以將1200nm-1750nm的寬帶光耦合進(jìn)入器件，并保證輸出光譜是平的，因此該結(jié)構(gòu)也可以將寬帶光均勻耦合進(jìn)入短距離工作的單模光纖。
    WDM要走向大規(guī)模商用，降低成本是關(guān)鍵，而這當(dāng)中降低光源成本和數(shù)量又是關(guān)鍵。因此“無色”光源，或中央化光源受到廣泛關(guān)注。也就是說ONU不再用激光器，而將上行波長(zhǎng)用的激光器放在OLT。西班牙的研究者建議用偏振復(fù)用來實(shí)現(xiàn)中央化光源策略。即在發(fā)射端，先將下行波長(zhǎng)調(diào)制信號(hào)后，上行波長(zhǎng)為連續(xù)非調(diào)制光，兩者經(jīng)偏振復(fù)用后一起被發(fā)送，在ONU，先經(jīng)偏振解復(fù)用，信號(hào)光被解調(diào)，而空白光用于上行信號(hào)再調(diào)制后被發(fā)射回OLT，經(jīng)環(huán)路器后在OLT被解調(diào)。
    此外，愛爾蘭的研究者用兩個(gè)有不同延時(shí)的邁克爾遜干涉儀，結(jié)合法拉第旋光器，制作了用于光信噪比測(cè)量的子系統(tǒng)，能測(cè)定5-30dB范圍的信噪比，精度好于0.5dB；瑞典研究者就相干光接收下，由于激光器相位噪聲引起的誤碼率水平提供了解析評(píng)價(jià)算法；東京大學(xué)的研究者以一個(gè)200km，20Gbit/s的QPSK格式單模光纖傳輸系統(tǒng)為測(cè)試平臺(tái)，證明在接收端結(jié)合使用基于最大似然估計(jì)算法的數(shù)值信號(hào)處理技術(shù)，和有限脈沖響應(yīng)濾波器，基本能夠完全消除傳輸過程的線性和非線性信號(hào)損傷。
《Journal of Lightwave Technology》Vol.28, No.5-6:
    香港城市大學(xué)的研究者設(shè)計(jì)了用于光纖網(wǎng)和無線網(wǎng)混合使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（FiWi），并提出了適用于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)帶寬分配協(xié)議。光通信的最大優(yōu)勢(shì)是帶寬大，微波通信的最大優(yōu)勢(shì)是靈活，F(xiàn)iWi的目的就是要整合兩者優(yōu)勢(shì)。其建議的網(wǎng)絡(luò)方案特色是使用了信息的WDM與時(shí)分復(fù)用（TDM）混合復(fù)用模式，能實(shí)現(xiàn)ONU間的信息互聯(lián)，即在ONU間形成網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無線通信用戶要傳遞的信息先加載在最近的ONU上，通過光網(wǎng)絡(luò)傳輸，到達(dá)離目標(biāo)最近的ONU上，再傳到目標(biāo)無線客戶。在硬件上，作者專門設(shè)計(jì)了一個(gè)陣列波導(dǎo)光柵（AWG）來實(shí)現(xiàn)各ONU間的互聯(lián)。由于無線服務(wù)帶寬有限，因此在系統(tǒng)中幾個(gè)無線目標(biāo)共用一個(gè)波長(zhǎng)，為此作者提出了動(dòng)態(tài)的帶寬分配方案，并在文中詳細(xì)描述了其算法。
    這兩期中，有許多文章是關(guān)于光分組交換（OPS）技術(shù)的，OPS能在不需要光電轉(zhuǎn)換下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的交換，因此交換節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)格式是完全透明的，網(wǎng)絡(luò)可伸縮性更強(qiáng)。以下面兩篇意大利研究者的論文為例：第一篇使用商用半導(dǎo)體光放大器（SOA）構(gòu)成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。在使用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的光網(wǎng)絡(luò)里，分別比較了在同步和異步兩種工作模式下，OPS網(wǎng)絡(luò)的功耗大小。作者證明同步OPS比異步OPS功耗可能高40%左右，但作者也指出，兩種模式的光交換都比現(xiàn)商用的路由器有低得多的功耗；第二篇?jiǎng)t對(duì)一個(gè)2×2，每端口最高160Gb/s的OPS平臺(tái)做了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，其工作系統(tǒng)也使用了SOA做標(biāo)簽提取和沖突檢測(cè)。作者提到，盡管使用電子元件也能實(shí)現(xiàn)類似的交換和沖突控制，但現(xiàn)在的全光處理能有效降低等待時(shí)間，提高系統(tǒng)性能，且使用的SOA能夠與其他半導(dǎo)體元件混合集成，以縮小系統(tǒng)空間，并減小功耗。當(dāng)數(shù)據(jù)平均速率50Gb/s時(shí)，作者的測(cè)試平臺(tái)顯示了無誤碼的交換，該研究目前是有沖突檢測(cè)下，OPS實(shí)測(cè)系統(tǒng)中最高速度的結(jié)果了。
西班牙研究者專門為強(qiáng)度調(diào)制，且采用直接檢測(cè)的光傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)了全光OFDM方案，其特色在于使用了快速Hartley變換算法，來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。作者提到，利用離散Hartley變換（DHT）的特性，可以降低傳統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)的復(fù)雜度，此外作者將非均衡限幅（AC）技術(shù)應(yīng)用于其建議的DHT-OFDM系統(tǒng)中，可以在不需要直流偏置下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射，提高了系統(tǒng)功率效率，且消除了限幅噪聲，對(duì)輸入信號(hào)來說，也不再有厄米對(duì)稱的要求。因此，借助于傅里葉處理，作者建議系統(tǒng)相比常規(guī)可將輸入字符加倍。
《Photonics Technology Letters》Vol.22, No.5-6:
    亞利桑那大學(xué)的研究者實(shí)現(xiàn)了單波長(zhǎng)通道240Gb/s的超高速調(diào)制，其實(shí)現(xiàn)方式是混合使用了包括強(qiáng)度、相位、偏振和副載波在內(nèi)的各種調(diào)制方式。其基本單元采用強(qiáng)度/相位/偏振的混合調(diào)制（HAPP）模塊，在利用幾個(gè)彼此正交的副載波復(fù)用在一起，作者顯示的三個(gè)實(shí)例，使用8- HAPP，16- HAPP、20- HAPP的形式，分別獲得了單通道調(diào)制速率為120、200和240Gb/s的信號(hào)。此外，作者的調(diào)制系統(tǒng)一個(gè)很重要的特色是使用了結(jié)構(gòu)化的低密度校驗(yàn)碼，該碼具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)功能，能獲得較高編碼增益和頻譜效率，使得240Gb/s的高速單波長(zhǎng)調(diào)制信號(hào)仍能維持10-6左右的誤碼率。
    臺(tái)灣交通大學(xué)的研究者設(shè)計(jì)了一個(gè)10Gb/s的全對(duì)稱、高分束比（64路）的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）。其特色是上行發(fā)射機(jī)使用了波長(zhǎng)1550nm，單片集成的陣列化垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列光源，且這些VCSEL采用直接調(diào)制方式，不需制冷。上行信號(hào)使用4路10Gb/s調(diào)制速率的NRZ信號(hào)經(jīng)WDM系統(tǒng)復(fù)用。對(duì)上行信號(hào)的接收，是采用四個(gè)10Gb/s的探測(cè)器分別解調(diào)的，他們通過媒體訪問控制（MAC）單元統(tǒng)一調(diào)控。
    其他研究還有：意大利研究者對(duì)一個(gè)全部容量222Gb/s的WDM系統(tǒng)做了研究，系統(tǒng)采用16-QAM調(diào)制格式。作者證明，在不使用線內(nèi)色散補(bǔ)償，而完全依賴電子色散補(bǔ)償?shù)那闆r下，使用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，最長(zhǎng)可獲得的傳輸距離約500-800km；加拿大研究者制作了一個(gè)單片集成的脈沖重復(fù)率復(fù)用器，通過將Mach–Zehnder干涉儀六階級(jí)聯(lián)，可將10GHz的輸入脈沖，轉(zhuǎn)換為20GHz或40GHz的輸出脈沖；澳大利亞的研究者對(duì)相干光OFDM系統(tǒng)，在經(jīng)過波長(zhǎng)解復(fù)用器之前，建議使用強(qiáng)度相關(guān)的相位調(diào)制技術(shù)，來消除交叉相位調(diào)制（XPM），這一非線性因素的影響。其方法是使用一個(gè)低帶寬的光敏二極管，來估計(jì)待進(jìn)入接收器的波分復(fù)用光總功率，并根據(jù)相應(yīng)測(cè)量值來決定對(duì)全部通道做相位調(diào)制的強(qiáng)度。并且作者提到，建議方法如何能和自相位調(diào)制的預(yù)補(bǔ)償/后補(bǔ)償相結(jié)合使用，就能大幅改進(jìn)OFDM系統(tǒng)的光學(xué)色散管理；丹麥研究者使用數(shù)字相干檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了2.5Gb/s，基于相位調(diào)制用于RoF的信號(hào)，這是目前RoF方面研究中，實(shí)驗(yàn)獲得的最高調(diào)制速度之一。并且作者基于WDM，實(shí)驗(yàn)顯示了3路，單通道2.5Gb/s信號(hào)的復(fù)用傳輸，其RoF系統(tǒng)工作距離為79km。作者建議系統(tǒng)的一個(gè)特色是在數(shù)字解調(diào)時(shí)使用了K-均值算法，該算法屬于聚類算法，算不上好的全局算法，但速度非�？�，作者用這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)了RoF系統(tǒng)，誤碼率維持在10-4水平；面向光纖傳輸?shù)拿}沖超寬帶技術(shù)，丹麥的研究者就電子和光子脈沖發(fā)生兩種方法實(shí)驗(yàn)做了比較，總的來說，使用光子脈沖發(fā)生方式，似乎獲得了更好的綜合性能。
        作者：宋軍