05年07月PTL光通讯论文评析
发布时间：2005-08-04 10:41:42 热度：2379
一、网络与系统：
前几期PTL网络部分一直聚焦于OCDMA技术，但本期并没有相关报导，因此我们仍把焦点放在WDM网络上，看一下本期快报体现的相关技术进展。
（1）WDM-PON是公认的最据潜力的互联网终端实现方式。尽管除了适合OXC的光交换技术以外，WDM-PON涉及的一切技术在实验室里都已被一一攻克了。然而之所以运营商和研究者现在一致关注OCDMA，根本原因就在于WDM-PON的高昂运营成本。特别对DWDM网络，由于对色散管理、波长监控等因素的更高要求，系统成本还会成倍增加。单就适合WDM应用的光源这一项，以前的评析中不乏综合性能相当优越的技术被介绍，然而都具有高成本这一共性。但随之而来的便有很多研究者致力于研究各种替代技术，牺牲部分性能以换取更低的运营成本。光源方面，到目前为止主要有两项替代技术被关注：其一是基于LED的光源，其二是基于放大自发辐射（ASE）的光源。仅就功率而言，后者比前者更有优势。本期韩国科学院的研究者对后者进行了改进，将F-P腔引入了ASE光源，替代了原光源价格仍略显高昂的外腔调制器，制成了成本很低的具有波长锁定功能的ASE光源。作者对其系统应用在12通道，50GHz频率间隔的WDM网络中实测，发现最长工作距离达到30km，作者预计在使用EDFA后，系统至少可用于80通道的中长距离WDM-PON中；
再看接收器方面，本期也有一个类似的低价替代研究。在复杂的WDM网络里进行光分组交换时，经常会有突发模式的标记或有效信息到达接收端，一般情况下需要对接收器进行专门设计，以便完成高同步的时钟恢复工作，这显然增加了系统成本。本期Georgia工学院的研究者提出一种可以直接使用常规探测器来应对突发模式标记/有效信息的方法，其核心思想是借助于光载波抑制与分离（OCSS）技术来生成标记和有效信息，这样只要使用通常的接收器再配备高Q值的滤波器就可以及时提取出时钟信息，测试显示这样做的时间和强度颤抖都可以控制在2％以下。
（2）多阶调制能够增大信息容量，且具有良好的抗色散特性，因此广受关注。然而通常在10Gb/s以上的高速通讯系统里仅能实现4阶调制。在去年9月瑞典的ECOC上，日立公司曾报导其使用振幅移相键控（APSK）实现了16阶调制，可以说代表相关技术的最高水准。本期快报又有一篇来自日立的报导，其使用8阶APSK调制，在16通道50GHz频带间隔的DWDM网络上实现了0.48Tb/s的总传输容量，其传输距离为160km。值得一提的是其首次测试了非线性效应对多阶调制系统的影响。证明XPM对ASK组件有大的影响，而SPM则对PSK组件有较大影响。
（3）丹麦的研究者则基于一个使用了拉曼放大器的5通道，160Gb/s传输速度的WDM系统，分别使用RZ-DPSK和CSRZ两种调制方式，分析了非线性效应对系统的影响。研究显示，使用RZ-DPSK在较大频带间隔的时候可以实现2300km的低误码传输。此外，在对1900km的工作距离研究时，证明使用CSRZ调制可以获得比RZ-DPSK调制更好的非线性和色散容忍度。
信号调制方面的研究主要有：
台湾交通大学的研究者证明通过对RZ-DPSK调制格式的信号，进行适当的啁啾调制，可以大大增加信号在10Gb/s传输网络里对非线性效应的容忍度。并且他们用一个MZ干涉仪实现了对RZ-DPSK信号的正负啁啾调制，当调制速度为10Gb/s传输这样的啁啾信号时，接收端灵敏度达到-42dBm；光频移键控（OFSK）被认为是长距离光网路最佳的调制方式之一，本期香港中文大学的研究者通过新颖的偏振调制实现了OFSK调制，测试显示其不依赖于调制速率和波长间隔变化，非常适合长距离通讯；
网络方面的其它研究还有：
多次提到高速网络里非线性控制的重要性，本期也有很多关于非线性影响的文章。其中一篇关于颤抖时间测试系统的研究很有意思。对高速调制的归零码，颤抖时间是误码的主要来源之一，此前的研究已经证实其主要来自于高速调制信号在光纤中传输时，交叉相位调制的影响。本期Maryland大学的研究者通过模拟和测试却发现一个有趣的的现象，即颤抖时间会随着色散补偿光纤在网络中的位置而变化，如果合理优化，会消除XPM产生的颤抖时间；北京邮电大学的研究者则分析了非线性效应对使用DQPSK调制方式的WDM系统的影响，证明对10Gb/s的传输系统，XPM影响相当强烈。也证明DQPSK调制方式对SPM和XPM影响的容忍度都非常低；Columbia大学的研究者报导了其超短延时的分组交换方案，在160Gb/s的网络里路由测试发现仅延时了15.3ns。
系统方面：富士通的研究人员汇报了其用于光互连的45度反射镜（可用于VCSEL模块与光纤对接等地方）模块设计，由于使用廉价的聚合物材料，相信会受到运营商的青睐；Kansas大学的研究者汇报了其对网络中色散和PMD的监控系统，原理很简单，通过使用相干外差探测的方法将光信号转换为射频信号，然后通过RF处理器进行分析处理；Maryland大学的研究者有报导以来首次利用电吸收调制器进行四波混频（FWM），并利用其超快的光学处理性能完成了解复用和定时的时钟恢复等功能，美中不足的是其误差略大。
二、有源器件：
半导体集成器件：
（1）半导体激光器：通常的DFB激光器光栅刻蚀在包层或衬底上，因此要形成激光器必须再次外延生长，这无疑增加了成本。为了避免最后这次外延，有人提出了径向反馈，侧向耦合的LC-DFB激光器概念，本期清华大学的研究者就基于InP基底的AlGaInAs材料，利用ICP在波导侧面深刻蚀光栅制作了LC-DFB激光器，辐射波长在1.55微米左右，其较高的性价比对长距离通信很有吸引力；法国的研究者则在InP衬底上，通过分子束外延的方法，自组织生长得到了量子点结构，并由此制作了室温下1.55微米连续光辐射的激光器，其阈值电流非常低，仅27mA，特别的，作者还利用Hakki–Paoli方法，首次测得了量子点激光器的Henry参数，对他们的激光器而言，该值大致在2.2左右；Stanford大学的研究者报导了其关于VCSEL激光器的研究，但并不是致力于VCSEL长波辐射的热门研究，却仍针对相对成熟的910nm的辐射，但很有意义的是实现了单模9.1mw的较大功率输出。
（2）半导体放大器：Southampton大学的研究者使用FBG做滤波器，研制了光学增益箝位的掺铒半导体激光器，其最大的特色是比起通常的EDFA，至少将放大的过冲降低了10dB，这对降低非线性的影响非常有利。
（3）调制器：富士通公司的研究者基于InP衬底的MZ调制器， 在10Gb/s调制速度下，实现了30nm的宽波段调制。很有特色的是其通过调节偏压，让不同的波长具有相同的半波电压，这让多波长调制变得标准化，使用更加方便。
光纤器件：
（1）光纤放大器方面：贝尔的研究者对WDM系统里不同通道的放大情况区别对待，提出了单通道增益饱和的一般标准；土耳其研究者关于提升EDFA放大能力的研究很有意思，它在L波段EDFA环里加入一个C波段信号，作者认为该信号的加入可以明显抑制L段的自发辐射噪声。
（2）光纤激光器方面：清华大学的研究者，通过将一具有窄带滤波作用的EPS-FBG引入环状光纤激光器中，制成了没有模式跳变的单纵模光纤激光器；Connecticut大学的研究者通过级连保偏光纤环，制作了以80GHz频率稳定输出的脉冲光纤激光器。
探测器方面：三星的研究者利用一个跨阻抗放大器和一个限幅放大器之间的交流偶合，制作了针对EPON中突发模式的接收器，测试性能相当优越；Stuttgart大学的研究者报导了其最新的Ge-Si探测器，操作波长1552nm，反偏压2V，其3dB带宽达到38.9GHz，这是有报导以来Ge-Si探测器中最大的带宽。
三、无源器件：
法国的研究者基于SOI材料，制作了用于OADM网络上下行的双向滤波器，其结构是在X形波导两侧各加一个环状共振腔，不同的共振腔半径可以和波导内传输的特定波长发生共振，从而将该波长信号下载，反之也可使用另一波导通道上载信号；MIT的研究者在硅衬底上交替生长二氧化硅和多晶硅，最后再使用晶圆粘结的技术，用单晶硅封顶，制成了高反射率大带宽的Bragg反射器，除了最后的晶圆粘结技术，其余都是标准的COMS工艺，适合批量生产；香港城市大学的研究者利用苯(并)二氮材料制作了聚合物波导方向耦合器，并且通过温度调节可以在大带宽内实现偏振独立的分束；加拿大研究者利用再生钛-蓝宝石放大器对大功率飞秒激光器放大，并使用一块相位掩膜，对掩埋型铌酸锂波导进行了“逆向”离子交换，同时形成了表面的浮雕光栅和晶体内的相位光栅，进而可以制作了3dB滤波器。
前几期PTL网络部分一直聚焦于OCDMA技术，但本期并没有相关报导，因此我们仍把焦点放在WDM网络上，看一下本期快报体现的相关技术进展。
（1）WDM-PON是公认的最据潜力的互联网终端实现方式。尽管除了适合OXC的光交换技术以外，WDM-PON涉及的一切技术在实验室里都已被一一攻克了。然而之所以运营商和研究者现在一致关注OCDMA，根本原因就在于WDM-PON的高昂运营成本。特别对DWDM网络，由于对色散管理、波长监控等因素的更高要求，系统成本还会成倍增加。单就适合WDM应用的光源这一项，以前的评析中不乏综合性能相当优越的技术被介绍，然而都具有高成本这一共性。但随之而来的便有很多研究者致力于研究各种替代技术，牺牲部分性能以换取更低的运营成本。光源方面，到目前为止主要有两项替代技术被关注：其一是基于LED的光源，其二是基于放大自发辐射（ASE）的光源。仅就功率而言，后者比前者更有优势。本期韩国科学院的研究者对后者进行了改进，将F-P腔引入了ASE光源，替代了原光源价格仍略显高昂的外腔调制器，制成了成本很低的具有波长锁定功能的ASE光源。作者对其系统应用在12通道，50GHz频率间隔的WDM网络中实测，发现最长工作距离达到30km，作者预计在使用EDFA后，系统至少可用于80通道的中长距离WDM-PON中；
再看接收器方面，本期也有一个类似的低价替代研究。在复杂的WDM网络里进行光分组交换时，经常会有突发模式的标记或有效信息到达接收端，一般情况下需要对接收器进行专门设计，以便完成高同步的时钟恢复工作，这显然增加了系统成本。本期Georgia工学院的研究者提出一种可以直接使用常规探测器来应对突发模式标记/有效信息的方法，其核心思想是借助于光载波抑制与分离（OCSS）技术来生成标记和有效信息，这样只要使用通常的接收器再配备高Q值的滤波器就可以及时提取出时钟信息，测试显示这样做的时间和强度颤抖都可以控制在2％以下。
（2）多阶调制能够增大信息容量，且具有良好的抗色散特性，因此广受关注。然而通常在10Gb/s以上的高速通讯系统里仅能实现4阶调制。在去年9月瑞典的ECOC上，日立公司曾报导其使用振幅移相键控（APSK）实现了16阶调制，可以说代表相关技术的最高水准。本期快报又有一篇来自日立的报导，其使用8阶APSK调制，在16通道50GHz频带间隔的DWDM网络上实现了0.48Tb/s的总传输容量，其传输距离为160km。值得一提的是其首次测试了非线性效应对多阶调制系统的影响。证明XPM对ASK组件有大的影响，而SPM则对PSK组件有较大影响。
（3）丹麦的研究者则基于一个使用了拉曼放大器的5通道，160Gb/s传输速度的WDM系统，分别使用RZ-DPSK和CSRZ两种调制方式，分析了非线性效应对系统的影响。研究显示，使用RZ-DPSK在较大频带间隔的时候可以实现2300km的低误码传输。此外，在对1900km的工作距离研究时，证明使用CSRZ调制可以获得比RZ-DPSK调制更好的非线性和色散容忍度。
信号调制方面的研究主要有：
台湾交通大学的研究者证明通过对RZ-DPSK调制格式的信号，进行适当的啁啾调制，可以大大增加信号在10Gb/s传输网络里对非线性效应的容忍度。并且他们用一个MZ干涉仪实现了对RZ-DPSK信号的正负啁啾调制，当调制速度为10Gb/s传输这样的啁啾信号时，接收端灵敏度达到-42dBm；光频移键控（OFSK）被认为是长距离光网路最佳的调制方式之一，本期香港中文大学的研究者通过新颖的偏振调制实现了OFSK调制，测试显示其不依赖于调制速率和波长间隔变化，非常适合长距离通讯；
网络方面的其它研究还有：
多次提到高速网络里非线性控制的重要性，本期也有很多关于非线性影响的文章。其中一篇关于颤抖时间测试系统的研究很有意思。对高速调制的归零码，颤抖时间是误码的主要来源之一，此前的研究已经证实其主要来自于高速调制信号在光纤中传输时，交叉相位调制的影响。本期Maryland大学的研究者通过模拟和测试却发现一个有趣的的现象，即颤抖时间会随着色散补偿光纤在网络中的位置而变化，如果合理优化，会消除XPM产生的颤抖时间；北京邮电大学的研究者则分析了非线性效应对使用DQPSK调制方式的WDM系统的影响，证明对10Gb/s的传输系统，XPM影响相当强烈。也证明DQPSK调制方式对SPM和XPM影响的容忍度都非常低；Columbia大学的研究者报导了其超短延时的分组交换方案，在160Gb/s的网络里路由测试发现仅延时了15.3ns。
系统方面：富士通的研究人员汇报了其用于光互连的45度反射镜（可用于VCSEL模块与光纤对接等地方）模块设计，由于使用廉价的聚合物材料，相信会受到运营商的青睐；Kansas大学的研究者汇报了其对网络中色散和PMD的监控系统，原理很简单，通过使用相干外差探测的方法将光信号转换为射频信号，然后通过RF处理器进行分析处理；Maryland大学的研究者有报导以来首次利用电吸收调制器进行四波混频（FWM），并利用其超快的光学处理性能完成了解复用和定时的时钟恢复等功能，美中不足的是其误差略大。
二、有源器件：
半导体集成器件：
（1）半导体激光器：通常的DFB激光器光栅刻蚀在包层或衬底上，因此要形成激光器必须再次外延生长，这无疑增加了成本。为了避免最后这次外延，有人提出了径向反馈，侧向耦合的LC-DFB激光器概念，本期清华大学的研究者就基于InP基底的AlGaInAs材料，利用ICP在波导侧面深刻蚀光栅制作了LC-DFB激光器，辐射波长在1.55微米左右，其较高的性价比对长距离通信很有吸引力；法国的研究者则在InP衬底上，通过分子束外延的方法，自组织生长得到了量子点结构，并由此制作了室温下1.55微米连续光辐射的激光器，其阈值电流非常低，仅27mA，特别的，作者还利用Hakki–Paoli方法，首次测得了量子点激光器的Henry参数，对他们的激光器而言，该值大致在2.2左右；Stanford大学的研究者报导了其关于VCSEL激光器的研究，但并不是致力于VCSEL长波辐射的热门研究，却仍针对相对成熟的910nm的辐射，但很有意义的是实现了单模9.1mw的较大功率输出。
（2）半导体放大器：Southampton大学的研究者使用FBG做滤波器，研制了光学增益箝位的掺铒半导体激光器，其最大的特色是比起通常的EDFA，至少将放大的过冲降低了10dB，这对降低非线性的影响非常有利。
（3）调制器：富士通公司的研究者基于InP衬底的MZ调制器， 在10Gb/s调制速度下，实现了30nm的宽波段调制。很有特色的是其通过调节偏压，让不同的波长具有相同的半波电压，这让多波长调制变得标准化，使用更加方便。
光纤器件：
（1）光纤放大器方面：贝尔的研究者对WDM系统里不同通道的放大情况区别对待，提出了单通道增益饱和的一般标准；土耳其研究者关于提升EDFA放大能力的研究很有意思，它在L波段EDFA环里加入一个C波段信号，作者认为该信号的加入可以明显抑制L段的自发辐射噪声。
（2）光纤激光器方面：清华大学的研究者，通过将一具有窄带滤波作用的EPS-FBG引入环状光纤激光器中，制成了没有模式跳变的单纵模光纤激光器；Connecticut大学的研究者通过级连保偏光纤环，制作了以80GHz频率稳定输出的脉冲光纤激光器。
探测器方面：三星的研究者利用一个跨阻抗放大器和一个限幅放大器之间的交流偶合，制作了针对EPON中突发模式的接收器，测试性能相当优越；Stuttgart大学的研究者报导了其最新的Ge-Si探测器，操作波长1552nm，反偏压2V，其3dB带宽达到38.9GHz，这是有报导以来Ge-Si探测器中最大的带宽。
三、无源器件：
法国的研究者基于SOI材料，制作了用于OADM网络上下行的双向滤波器，其结构是在X形波导两侧各加一个环状共振腔，不同的共振腔半径可以和波导内传输的特定波长发生共振，从而将该波长信号下载，反之也可使用另一波导通道上载信号；MIT的研究者在硅衬底上交替生长二氧化硅和多晶硅，最后再使用晶圆粘结的技术，用单晶硅封顶，制成了高反射率大带宽的Bragg反射器，除了最后的晶圆粘结技术，其余都是标准的COMS工艺，适合批量生产；香港城市大学的研究者利用苯(并)二氮材料制作了聚合物波导方向耦合器，并且通过温度调节可以在大带宽内实现偏振独立的分束；加拿大研究者利用再生钛-蓝宝石放大器对大功率飞秒激光器放大，并使用一块相位掩膜，对掩埋型铌酸锂波导进行了“逆向”离子交换，同时形成了表面的浮雕光栅和晶体内的相位光栅，进而可以制作了3dB滤波器。
