05年5月PTL主要光通讯论文评析
发布时间：2005-05-20 01:10:08 热度：3298
一、网络与系统：
多协议标签交换有较强的流量和网络带宽管理功能，能有效避免网络阻塞，适合对对时延、抖动和传输质量有特别要求的应用业务(如语音和视频业务等)。在WDM进入实用阶段后，人们进而用波长作为标签，从而产生了所谓的光波长标签交换（OLS），可将光交叉互联设备视为标签交换路由器进行网络控制和管理。近年来，很多报导提出了一项可应用于OLS标签生成的技术，即光载波抑制与分离（OCSS）。然而为了使通常OCSS技术实现标签和载荷信息间频率间隔固定，必须在系统中引入波长转换装置，显然这增大了系统复杂性和成本。本期快报美国Georgia工学院的相关成果很有意思，他们的系统在一个多结点OLS网络里，成功避免了使用波长转换装置，其实测距离近140km，OOK标签速率2.5Gb/s，DPSK信号速率10Gb/s，在简化了系统构成下，却实现了与早先报导相近的性能。
对高速传输的光网络，合适的调制方式能有效将传输频带压缩，提高频带利用率，现在适合40Gb/s高速调制传输的方式主要有很多，且各有利弊，对现有调制方式进行改进，提高系统综合性能，降低复杂性一直都是研究热点。信号调制格式上，新加坡信息研究院发布了他们对DPSK和ASK-Manchester调制进行了改进，提出了一种所谓的“PSK-Manchester”，从而明显改善了传输系统对相干噪声的容忍度，这样可以将传输网络中的放大器数目减少，降低系统成本；CSRZ是中长距离WDM传输中非常合适的调制方式，但是由于温度变化或者设备老化等因素，调制脉冲的峰值位置市场发生偏移，即所谓的时间失配（TM），极大恶化了调制性能，本期快报，香港中文大学的研究者简单使用电子均衡器成功消除了调制中TM的影响，对光网络中TM导致的信号扭曲以及PMD带来的影响都起到了明显抑制作用。
多次谈到对单通道高速调制系统，由于系统对色散和非线性的容忍度大幅降低，因此色散管理尤为重要。本期快报，Bell实验室相关的两项研究成果都很有趣，第一项：通常的色散管理研究对复用通道均使用相同的调制速率，而此次的研究却关注于10Gb/s和40Gb/s混合传输的WDM网络（其实这样的混合调制在实际网络中是经常遇到的）。对这样的混合网络色散管理会遇到很多问题，比如对40Gb/s调制进行色散预补偿或后补偿之后，由于XPM引起的残余色散同样会给10Gb/s传输带来重大影响，此外通常对40Gb/s调制的色散管理采用的单周期色散补偿效果会随传输距离而改变，需要动态补偿，明显增加了系统复杂性。Bell此次提出了“双周期”色散补偿，使得补偿效果不再依赖于传输距离，且同时消除了XPM对10Gb/s传输的影响，该方法对这种混合调制WDM系统很有意义；另一项还是存在PDL的情况下对PMD补偿。其实这方面论文很多，且一直以来有两种论调，其一是两者可以同时补偿，其二是必须分别补偿。Bell此次的研究倾向于前者，且在应用了前向纠错的系统里使用了多个高速偏振扰频器，号称在大带宽内同时补偿了PMD和PDL，并对使用扰频器的分布状况作了一些讨论。
二、有源器件：
研制性能稳定的适合中长距离通信的长波段VCSEL激光器，一直以来都是研究人员的梦想。本期PTL，有三篇相关文章对此作了有益工作。瑞士联邦工学院的研究者利用键合技术在InP谐振腔的两边各键合一个AlGaAs–GaAs 分布Bragg发射单元，将输出波长红移，制成了1310nm输出的VCSEL激光器；NEC的研究者则利用MOVPE技术在VCSEL腔附近生长GaInNAs量子阱结构，实现了室温1342nm的输出，一个显著优势是域值电流非常低，仅2.8mA左右；而加利福尼亚大学的研究者则对此前以多次被报导的1310nm的AlInGaAs VCSEL激光器共振频率和增益特性等随温度的改变情况进行了分析，可见尽管 长波段VCSEL激光器时有报导，但综合性能需要进一步完善，要想真的应用于中长距离通信尚需时日。
由于量子点/阱激光器具有高微分增益和高的调制速率等优点，近年来也深受瞩目。美国Colorado州立大学在本期PTL证明在使用MOCVD生长InGaAsN–GaAsP–GaAs量子阱激光器的时候，必须控制N的含量，以0%-0.5%为宜，过高的N含量会直接降低器件的使用寿命；Illinois大学的研究者则分析了InP–InGaAlP量子点激光器在存在自发辐射（ASE）和张力诱发的增益改变的情况下输出特性的改变，观测到较低的注入电流就可诱发TE偏振的ASE，从而一个有趣的现象被发现，即由量子点输出改变为量子点-阱混合输出；同样来自Illinois的另一研究组则提出了一种新的量子点激光器制作工艺，工艺主要依赖于电子束刻蚀，并局部使用MOCVD，在室温得到了稳定的输出。
适合WDM应用的半导体激光器和放大器本期也有几篇不错的研究。首先美国Maryland大学的研究者在通常SOA中制作了一个单一的量子阱结构，从而将放大谱宽扩大到从1540nm-1620nm，且短波具有较高饱和增益，全带增益24dB左右，两偏振增益差别也很小，很适合CWDM应用；荷兰Eindhoven大学的研究者利用两个AWG级联制作了一个多波长激光器，使用级联AWG后能达到高品质的激光稳频，并且器件更加容易集成。激光输出方向性和隔离度也较好，作者暗示他们正实验将他们的多波长激光器用于全光分组交换中。
接收器方面，美国Centillium通讯的研究者设计了155Mb/s的双向爆发模式PON光接收器，响应速度比同类器件更快，能动态对域值进行调整；美国Georgia州立大学在本期快报报导了其对量子阱中InAs–InGaAs自组织三色量子点探测器的研究，证明可以改变量子阱尺寸改变操作波长和相应的性能参数；柏林技术大学的研究者则对OTDM接收器提供了一种性能分析方法，把其等效为电子OTDM接收器来分析，证明可以精确预估光电流大小，交换窗口形状对信噪比的影响等。
光纤激光器方面也有让人眼前一亮的研究成果出现，香港Polytechnic大学报导了他们最新的光纤环状激光器，在通常掺铒掺铋的基础上又掺入了镧，在1545nm-1575nm波段实现了0.8nm间隔，35个波长的可调输出，其性能也相当稳定，在连续两小时输出测试中波长漂移小于1pm，峰值功率变化小于0.15dB。从其显示性能看，该激光器性能已经可以与半导体激光器阵列相媲美了，可以作为WDM光源，这势必拉近了全光纤网络与我们的距离。
其余几个有趣的有源器件研究为：新加坡国立大学报导了其基于纳米工艺的数字信号驱动的VOA，主要使用多晶硅材料，整个器件尺寸仅196nm大小；MIT的研究人员报导了他们基于硅波导设计的电光调制器，通过电注入载流子改变折射率，可以实现较高的相应速度，且半波电压相对于铌酸锂调制器小的多；美国Wellman光学的工程人员利用单腔标准具级联的方法制作了可调的色散补偿器，当五个标准具级联的时候，色散补偿范围可以达到正负500ps/nm；New Mexico大学的研究者在InAs–InP半导体激光器中生长量子线，利用四波混频效应制成了波长转换器，转换频宽在1.8－3.8THz左右；东京大学的研究者则将1km的光纤，每米扭15圈左右，利用光纤中的交叉相位调制，制成了偏振不敏感的波长转换器，其在160Gb/s的高速调制网络中传输依然进行偏振独立的波长转换。
三、无源器件：
无源方面文章不多，简要看一下有意思的几篇。法国CCLO利用紫外曝光技术连续改变聚合物波导的折射率，从而制作了一个光纤与波导模斑转换的适配器，可以让光纤与波导耦合时的损耗降低到一个较低的水平。此外滤波器方面，清华的研究组对利用FBG制作大带通梳状滤波器的技术进展作了报导，他们通过调节FBG写入的位移平台来改进相位变化，利用同一个相位掩模，可以做出不通带通性能优良的梳状滤波器；California大学则基于微共振环滤波器，提出了一种新颖的改进设计，不仅通过电压调节能够连续改变共振波长，而且通过单片集成MEMs元件，能够改变波导位置，从而改变耦合效率。滤波器单片集成于SOI材料上，其消光比达到了9dB。(浙江大学 宋军博士)
多协议标签交换有较强的流量和网络带宽管理功能，能有效避免网络阻塞，适合对对时延、抖动和传输质量有特别要求的应用业务(如语音和视频业务等)。在WDM进入实用阶段后，人们进而用波长作为标签，从而产生了所谓的光波长标签交换（OLS），可将光交叉互联设备视为标签交换路由器进行网络控制和管理。近年来，很多报导提出了一项可应用于OLS标签生成的技术，即光载波抑制与分离（OCSS）。然而为了使通常OCSS技术实现标签和载荷信息间频率间隔固定，必须在系统中引入波长转换装置，显然这增大了系统复杂性和成本。本期快报美国Georgia工学院的相关成果很有意思，他们的系统在一个多结点OLS网络里，成功避免了使用波长转换装置，其实测距离近140km，OOK标签速率2.5Gb/s，DPSK信号速率10Gb/s，在简化了系统构成下，却实现了与早先报导相近的性能。
对高速传输的光网络，合适的调制方式能有效将传输频带压缩，提高频带利用率，现在适合40Gb/s高速调制传输的方式主要有很多，且各有利弊，对现有调制方式进行改进，提高系统综合性能，降低复杂性一直都是研究热点。信号调制格式上，新加坡信息研究院发布了他们对DPSK和ASK-Manchester调制进行了改进，提出了一种所谓的“PSK-Manchester”，从而明显改善了传输系统对相干噪声的容忍度，这样可以将传输网络中的放大器数目减少，降低系统成本；CSRZ是中长距离WDM传输中非常合适的调制方式，但是由于温度变化或者设备老化等因素，调制脉冲的峰值位置市场发生偏移，即所谓的时间失配（TM），极大恶化了调制性能，本期快报，香港中文大学的研究者简单使用电子均衡器成功消除了调制中TM的影响，对光网络中TM导致的信号扭曲以及PMD带来的影响都起到了明显抑制作用。
多次谈到对单通道高速调制系统，由于系统对色散和非线性的容忍度大幅降低，因此色散管理尤为重要。本期快报，Bell实验室相关的两项研究成果都很有趣，第一项：通常的色散管理研究对复用通道均使用相同的调制速率，而此次的研究却关注于10Gb/s和40Gb/s混合传输的WDM网络（其实这样的混合调制在实际网络中是经常遇到的）。对这样的混合网络色散管理会遇到很多问题，比如对40Gb/s调制进行色散预补偿或后补偿之后，由于XPM引起的残余色散同样会给10Gb/s传输带来重大影响，此外通常对40Gb/s调制的色散管理采用的单周期色散补偿效果会随传输距离而改变，需要动态补偿，明显增加了系统复杂性。Bell此次提出了“双周期”色散补偿，使得补偿效果不再依赖于传输距离，且同时消除了XPM对10Gb/s传输的影响，该方法对这种混合调制WDM系统很有意义；另一项还是存在PDL的情况下对PMD补偿。其实这方面论文很多，且一直以来有两种论调，其一是两者可以同时补偿，其二是必须分别补偿。Bell此次的研究倾向于前者，且在应用了前向纠错的系统里使用了多个高速偏振扰频器，号称在大带宽内同时补偿了PMD和PDL，并对使用扰频器的分布状况作了一些讨论。
二、有源器件：
研制性能稳定的适合中长距离通信的长波段VCSEL激光器，一直以来都是研究人员的梦想。本期PTL，有三篇相关文章对此作了有益工作。瑞士联邦工学院的研究者利用键合技术在InP谐振腔的两边各键合一个AlGaAs–GaAs 分布Bragg发射单元，将输出波长红移，制成了1310nm输出的VCSEL激光器；NEC的研究者则利用MOVPE技术在VCSEL腔附近生长GaInNAs量子阱结构，实现了室温1342nm的输出，一个显著优势是域值电流非常低，仅2.8mA左右；而加利福尼亚大学的研究者则对此前以多次被报导的1310nm的AlInGaAs VCSEL激光器共振频率和增益特性等随温度的改变情况进行了分析，可见尽管 长波段VCSEL激光器时有报导，但综合性能需要进一步完善，要想真的应用于中长距离通信尚需时日。
由于量子点/阱激光器具有高微分增益和高的调制速率等优点，近年来也深受瞩目。美国Colorado州立大学在本期PTL证明在使用MOCVD生长InGaAsN–GaAsP–GaAs量子阱激光器的时候，必须控制N的含量，以0%-0.5%为宜，过高的N含量会直接降低器件的使用寿命；Illinois大学的研究者则分析了InP–InGaAlP量子点激光器在存在自发辐射（ASE）和张力诱发的增益改变的情况下输出特性的改变，观测到较低的注入电流就可诱发TE偏振的ASE，从而一个有趣的现象被发现，即由量子点输出改变为量子点-阱混合输出；同样来自Illinois的另一研究组则提出了一种新的量子点激光器制作工艺，工艺主要依赖于电子束刻蚀，并局部使用MOCVD，在室温得到了稳定的输出。
适合WDM应用的半导体激光器和放大器本期也有几篇不错的研究。首先美国Maryland大学的研究者在通常SOA中制作了一个单一的量子阱结构，从而将放大谱宽扩大到从1540nm-1620nm，且短波具有较高饱和增益，全带增益24dB左右，两偏振增益差别也很小，很适合CWDM应用；荷兰Eindhoven大学的研究者利用两个AWG级联制作了一个多波长激光器，使用级联AWG后能达到高品质的激光稳频，并且器件更加容易集成。激光输出方向性和隔离度也较好，作者暗示他们正实验将他们的多波长激光器用于全光分组交换中。
接收器方面，美国Centillium通讯的研究者设计了155Mb/s的双向爆发模式PON光接收器，响应速度比同类器件更快，能动态对域值进行调整；美国Georgia州立大学在本期快报报导了其对量子阱中InAs–InGaAs自组织三色量子点探测器的研究，证明可以改变量子阱尺寸改变操作波长和相应的性能参数；柏林技术大学的研究者则对OTDM接收器提供了一种性能分析方法，把其等效为电子OTDM接收器来分析，证明可以精确预估光电流大小，交换窗口形状对信噪比的影响等。
光纤激光器方面也有让人眼前一亮的研究成果出现，香港Polytechnic大学报导了他们最新的光纤环状激光器，在通常掺铒掺铋的基础上又掺入了镧，在1545nm-1575nm波段实现了0.8nm间隔，35个波长的可调输出，其性能也相当稳定，在连续两小时输出测试中波长漂移小于1pm，峰值功率变化小于0.15dB。从其显示性能看，该激光器性能已经可以与半导体激光器阵列相媲美了，可以作为WDM光源，这势必拉近了全光纤网络与我们的距离。
其余几个有趣的有源器件研究为：新加坡国立大学报导了其基于纳米工艺的数字信号驱动的VOA，主要使用多晶硅材料，整个器件尺寸仅196nm大小；MIT的研究人员报导了他们基于硅波导设计的电光调制器，通过电注入载流子改变折射率，可以实现较高的相应速度，且半波电压相对于铌酸锂调制器小的多；美国Wellman光学的工程人员利用单腔标准具级联的方法制作了可调的色散补偿器，当五个标准具级联的时候，色散补偿范围可以达到正负500ps/nm；New Mexico大学的研究者在InAs–InP半导体激光器中生长量子线，利用四波混频效应制成了波长转换器，转换频宽在1.8－3.8THz左右；东京大学的研究者则将1km的光纤，每米扭15圈左右，利用光纤中的交叉相位调制，制成了偏振不敏感的波长转换器，其在160Gb/s的高速调制网络中传输依然进行偏振独立的波长转换。
三、无源器件：
无源方面文章不多，简要看一下有意思的几篇。法国CCLO利用紫外曝光技术连续改变聚合物波导的折射率，从而制作了一个光纤与波导模斑转换的适配器，可以让光纤与波导耦合时的损耗降低到一个较低的水平。此外滤波器方面，清华的研究组对利用FBG制作大带通梳状滤波器的技术进展作了报导，他们通过调节FBG写入的位移平台来改进相位变化，利用同一个相位掩模，可以做出不通带通性能优良的梳状滤波器；California大学则基于微共振环滤波器，提出了一种新颖的改进设计，不仅通过电压调节能够连续改变共振波长，而且通过单片集成MEMs元件，能够改变波导位置，从而改变耦合效率。滤波器单片集成于SOI材料上，其消光比达到了9dB。(浙江大学 宋军博士)
