07年07月PTL光通讯论文评析
发布时间：2007-07-30 08:47:38 热度：2351
不支持该视频一、网络与系统：
1.电子信号损伤补偿技术：
在光网络里，主要存在色散、偏振模式色散（PMD）、非线性、以及滤波损伤等因素影响传输质量，让信号产生扭曲，并最终增加误码率。对这些系统缺陷进行补偿是光网络里一个重要环节，本期与此相关的文章比较多，且主要集中在电子色散补偿/管理这一块。所谓电子色散补偿（EDC）是区别与光学补偿方法，在信号发射端或接收端直接采用数字信号处理技术对电信号进行处理，以便直接对光信号在光纤传输过程里产生的扭曲变形做出补偿。通过EDC操作，在一定程度上能够放宽器件公差和系统设计要求，从而降低成本。常用的EDC数值处理算法有四种，即前向反馈均衡（FFE）、判决反馈均衡（DFE）、非线性均衡（NLE）和最大似然序列估计（MLSE）。
首先Corning公司的研究者对基于MLSE算法的EDC操作的有效性做了探讨。这里作者针对不同的调制格式，采用的是后补偿的电子色散补偿技术，即在接收端在信号被探测后直接采用数字信号处理对电信号进行编辑处理。作为EDC操作最普遍使用的算法之一，MLSE本质上是一种最优多用户检测的数字信号处理技术，即从统计学上找到最有可能生成探测信号的数字信号序列。事实上先前一些研究已经证明MLSE-EDC能有效补偿线性损伤，且当仅存在自相位调制（SPM）这样的非线性损伤时，方法仍旧有效，但当SPM和交叉相位调制（XPM）同时存在时，通常不能对信号扭曲作有效补偿。现在作者做的是对这些结论的细化研究，作者实验证明当存在较大残余色散时，采用MLSE-EDC技术能获得更大的SPM公差。同时证明，当采用多进制调制格式时，MLSE-EDC技术能为补偿信号在接收端获得6dB的增益改进，而使用NRZ格式时，同样电子补偿最大仅能获得2dB的增益改进。
此外，葡萄牙的研究者也利用了EDC对10Gb/s单边带RZ信号传输质量进行了改善，所不同的是这里作者是在发射端对信号色散进行预补偿，作者证明了在传输过程没有色散补偿单元时，这种电子预补偿能有效避免色散对信号质量的蜕化，靠预补偿，能将使用的发射信号增益提高3dB左右。此外作者证明预补偿效果也依赖于信号的调制深度，低的调制深度会导致色散补偿不均匀。
Central Florida大学的研究者则在探测端对信号采用无限冲激响应（IIR）数字滤波算法，来特别针对色散这一损伤作补偿。和MLSE一样，IIR也是一种常用的数字信号处理技术，它主要利用一种一维递归算法来转移滤波极点位置，以便反向补偿色散的影响。作者暗示采用IIR算法，由于其递归特性，相当于引入一个反馈过程，因此可以降低对探测信号色散信息的采样频率，这对降低功耗和成本都有利。
群时延波动（GDR）通常被定义为在规定通带范围内，群延时的最大差值。GDR也是一种重要的系统性能损伤，和色散不同，它主要不是来自信号在光纤中传输的累积效应，而是来自传输过程里光或电的滤波，特别是级联滤波的影响。本期德国Kiel大学的研究者，就采用电子数据处理来消除GDR的有效性做了研究。作者证明GDR对信号的影响不仅依赖于其强度和周期，还与信号调制格式相关，因此作者在实验中针对不同的调制格式，采用不同的数字处理算法，进行了比较分析。作者证明采用FFE或DFE算法，在补偿GDR时，对OOK格式信号效果比DPSK格式会好，此外也证明在补偿GDR效果上，NLE和MLSE算法最好。最后作者也证明这些结论在用来补偿色散时同样正确，因为色散和GDR都是针对信号相位造成的损伤。
2．网络连接与配置：
通常的光交叉互联和光分组交换都同时发生在空间和波长两个域。立足于现有的技术，单根光纤可传输的波长数已可达到160以上，然而在每个网络节点可利用的光纤数目却少的多。因此为了实现空间和波长的优化资源配置，便需要结合使用光开关面阵和波长转换器。实用中如何优化配置这些资源，以便在有限的网络结构里维持好的性能和低的成本成为难点。本期上海交大的研究者为了减少交叉点总数而同时保证严格的无阻塞特性，对常规Clos网络结构做了改进。首先作者让开关单元的输入输出端口与波长绑定，这样在波长数远大于节点光纤数目时，可以有效减少交叉节点数目，之后作者通过将部分可调波长转换器用共享式的固定波长转换器来替代，来降低成本。作者证明在常规Clos网络里，最多有一半的可调波长转换器可以由固定波长转换器来替代。
华中科技大学的研究者则设计了一个全光格式转换器，能将20Gb/s具有不同占空比的RZ信号转换为NRZ信号，系统主要由一个MZ结构的延时干涉仪（DI）和一个窄带滤波器构成，其中格式转换功能主要由DI部分完成，而滤波器则有帮助改善信号的带通纹波，以便最终获得平顶的格式转换。
对很短工作距离的网络系统，使用广泛商用化的VCSEL激光器作光源是最理想的选择，此外由于工作距离短，传输损耗以及色散的影响都不再那么重要，因此使用易装配的多模光纤也是理想的选择。而如何有效把两者进行连接，以实现高效耦合是关键。本期韩国Yonsei大学的研究者对此做了研究，作者在多模光纤末端加上了一段无芯层的玻璃光纤，再在该光纤末端加上聚合物透镜，阵列化使用后作者能够实现4对4的光纤对激光器阵列耦合。作者通过优化聚合物透镜的表面曲率，最终可以获得91%的耦合效率。此外，英国Bath大学的研究者就光子晶体光纤（PCF）和普通单模光纤的连接做了研究，作者通过让两者端面有8度的倾斜角，并使用溶胶粘合，在增加了2.1dB额外损耗下，将回波损耗降低了42dB。
3．光纤无线通信(RoF)：
和通常的光通讯系统一样，RoF的工作模式也受到光纤色散的影响，进而限制了其传输距离。这主要是因为通常在光纤上调制RF信号，会在光载频两端对称的形成两个边带，而色散会导致边带的相对相位偏离，这样在最终解调时会使恢复出的RF信号失真。当然，如能实现单边带（SSB）调制则可有效避免这个问题，但通常需要复杂的外部调制，及非常窄带的空间滤波器，这会增加系统复杂性和成本。California at Berkeley大学的研究者报导了其基于光注入锁定半导体激光器来实现SSB的研究结果。并详细测试了在强光注入锁定下，实现SSB调制的DFB激光器工作性能和系统构成。作者使用15到30GHz的RF载波，证明在适当的去谐条件下，随着共振频率的提高和啁啾的降低，可以让较低频率的边带信号强度增加，以便在两个边带间形成15dB的消光比。而通过对注入锁定参数的控制，还可改变消光比的大小。通过这种注入锁定DFB激光器的使用，实现了近似的SSB调制，抑制了色散的影响，让RF带宽增大至20GHz以上。最终实验测试显示了在20GHz的RF载波，携带622 Mb/s的数据信号在80km的光纤上，能够稳定的传输。
微波光子链路（MPL）在RoF系统里有着广泛应用。衡量MPL最关键的性能指标是无杂散动态范围(SFDR)，该指标在高信号功率下主要受到互调失真的影响，而在低信号功率下性能则主要被强度噪声、接收噪声，以及散粒噪声等限制。这些不利因素会导致信号截角失真。加拿大Victoria大学的研究者谈到，通常MPL的互调失真和强度噪声都主要来自于电光调制环节。进而作者通过使用具有线性传递函数的光纤光栅鉴别器做光频率调制，可以获得很高的SFDR。此时，系统性能则主要受到信号Clipping的影响。
二、有源器件：
韩国Sejong大学的研究者在硅基PLC平面上将激光二极管、模斑转换器、紫外写入光栅集成在一起，并挖槽，插入一聚合物材料的四分之一波片，波片用粘合剂固定，这样的混合集成可以让激光器在1550nm波段输出偏振度为0.992的环形偏振光，旁瓣抑制比高于50dB；德国研究者制作了GaInAsN–GaAs量子点激光器，室温下可以以16mA的低门限电流发射1355nm的激光，当温度上升到75°C时，辐射波长可以漂移到1395nm左右；中科院半导体所的研究者基于InP–GaInAsP材料，制作了等三角共振的微激光器，靠电注入工作，激光器能够室温发射1520nm的工作波长，为了方便与其它器件相连，作者还在激光器输出端面集成了波导，且全部基于半导体工艺制作；Covega Corp.的研究者则研制了一个梳状频率发生器（FCG），该器件可以将较宽的波长谱调制得到一系列等间隔的子频带，每子频带的带宽一般低于25GHz，这样可以在不增加对激光器成本要求下，制作稳定的适合超密集波分复用的光源。这里作者主要使用了一个双平行MZ调制器来实现相关功能。简单的说就是在一个MZ干涉仪的两臂上分别再使用MZ干涉仪结构，这样两个小干涉仪和一个大干涉仪，共存在三个电极对，通过对三个电极对直流偏压和RF驱动参数进行优化选择，作者最终对特定波长输入分割出9个平顶等间隔的子频率波。
1.电子信号损伤补偿技术：
在光网络里，主要存在色散、偏振模式色散（PMD）、非线性、以及滤波损伤等因素影响传输质量，让信号产生扭曲，并最终增加误码率。对这些系统缺陷进行补偿是光网络里一个重要环节，本期与此相关的文章比较多，且主要集中在电子色散补偿/管理这一块。所谓电子色散补偿（EDC）是区别与光学补偿方法，在信号发射端或接收端直接采用数字信号处理技术对电信号进行处理，以便直接对光信号在光纤传输过程里产生的扭曲变形做出补偿。通过EDC操作，在一定程度上能够放宽器件公差和系统设计要求，从而降低成本。常用的EDC数值处理算法有四种，即前向反馈均衡（FFE）、判决反馈均衡（DFE）、非线性均衡（NLE）和最大似然序列估计（MLSE）。
首先Corning公司的研究者对基于MLSE算法的EDC操作的有效性做了探讨。这里作者针对不同的调制格式，采用的是后补偿的电子色散补偿技术，即在接收端在信号被探测后直接采用数字信号处理对电信号进行编辑处理。作为EDC操作最普遍使用的算法之一，MLSE本质上是一种最优多用户检测的数字信号处理技术，即从统计学上找到最有可能生成探测信号的数字信号序列。事实上先前一些研究已经证明MLSE-EDC能有效补偿线性损伤，且当仅存在自相位调制（SPM）这样的非线性损伤时，方法仍旧有效，但当SPM和交叉相位调制（XPM）同时存在时，通常不能对信号扭曲作有效补偿。现在作者做的是对这些结论的细化研究，作者实验证明当存在较大残余色散时，采用MLSE-EDC技术能获得更大的SPM公差。同时证明，当采用多进制调制格式时，MLSE-EDC技术能为补偿信号在接收端获得6dB的增益改进，而使用NRZ格式时，同样电子补偿最大仅能获得2dB的增益改进。
此外，葡萄牙的研究者也利用了EDC对10Gb/s单边带RZ信号传输质量进行了改善，所不同的是这里作者是在发射端对信号色散进行预补偿，作者证明了在传输过程没有色散补偿单元时，这种电子预补偿能有效避免色散对信号质量的蜕化，靠预补偿，能将使用的发射信号增益提高3dB左右。此外作者证明预补偿效果也依赖于信号的调制深度，低的调制深度会导致色散补偿不均匀。
Central Florida大学的研究者则在探测端对信号采用无限冲激响应（IIR）数字滤波算法，来特别针对色散这一损伤作补偿。和MLSE一样，IIR也是一种常用的数字信号处理技术，它主要利用一种一维递归算法来转移滤波极点位置，以便反向补偿色散的影响。作者暗示采用IIR算法，由于其递归特性，相当于引入一个反馈过程，因此可以降低对探测信号色散信息的采样频率，这对降低功耗和成本都有利。
群时延波动（GDR）通常被定义为在规定通带范围内，群延时的最大差值。GDR也是一种重要的系统性能损伤，和色散不同，它主要不是来自信号在光纤中传输的累积效应，而是来自传输过程里光或电的滤波，特别是级联滤波的影响。本期德国Kiel大学的研究者，就采用电子数据处理来消除GDR的有效性做了研究。作者证明GDR对信号的影响不仅依赖于其强度和周期，还与信号调制格式相关，因此作者在实验中针对不同的调制格式，采用不同的数字处理算法，进行了比较分析。作者证明采用FFE或DFE算法，在补偿GDR时，对OOK格式信号效果比DPSK格式会好，此外也证明在补偿GDR效果上，NLE和MLSE算法最好。最后作者也证明这些结论在用来补偿色散时同样正确，因为色散和GDR都是针对信号相位造成的损伤。
2．网络连接与配置：
通常的光交叉互联和光分组交换都同时发生在空间和波长两个域。立足于现有的技术，单根光纤可传输的波长数已可达到160以上，然而在每个网络节点可利用的光纤数目却少的多。因此为了实现空间和波长的优化资源配置，便需要结合使用光开关面阵和波长转换器。实用中如何优化配置这些资源，以便在有限的网络结构里维持好的性能和低的成本成为难点。本期上海交大的研究者为了减少交叉点总数而同时保证严格的无阻塞特性，对常规Clos网络结构做了改进。首先作者让开关单元的输入输出端口与波长绑定，这样在波长数远大于节点光纤数目时，可以有效减少交叉节点数目，之后作者通过将部分可调波长转换器用共享式的固定波长转换器来替代，来降低成本。作者证明在常规Clos网络里，最多有一半的可调波长转换器可以由固定波长转换器来替代。
华中科技大学的研究者则设计了一个全光格式转换器，能将20Gb/s具有不同占空比的RZ信号转换为NRZ信号，系统主要由一个MZ结构的延时干涉仪（DI）和一个窄带滤波器构成，其中格式转换功能主要由DI部分完成，而滤波器则有帮助改善信号的带通纹波，以便最终获得平顶的格式转换。
对很短工作距离的网络系统，使用广泛商用化的VCSEL激光器作光源是最理想的选择，此外由于工作距离短，传输损耗以及色散的影响都不再那么重要，因此使用易装配的多模光纤也是理想的选择。而如何有效把两者进行连接，以实现高效耦合是关键。本期韩国Yonsei大学的研究者对此做了研究，作者在多模光纤末端加上了一段无芯层的玻璃光纤，再在该光纤末端加上聚合物透镜，阵列化使用后作者能够实现4对4的光纤对激光器阵列耦合。作者通过优化聚合物透镜的表面曲率，最终可以获得91%的耦合效率。此外，英国Bath大学的研究者就光子晶体光纤（PCF）和普通单模光纤的连接做了研究，作者通过让两者端面有8度的倾斜角，并使用溶胶粘合，在增加了2.1dB额外损耗下，将回波损耗降低了42dB。
3．光纤无线通信(RoF)：
和通常的光通讯系统一样，RoF的工作模式也受到光纤色散的影响，进而限制了其传输距离。这主要是因为通常在光纤上调制RF信号，会在光载频两端对称的形成两个边带，而色散会导致边带的相对相位偏离，这样在最终解调时会使恢复出的RF信号失真。当然，如能实现单边带（SSB）调制则可有效避免这个问题，但通常需要复杂的外部调制，及非常窄带的空间滤波器，这会增加系统复杂性和成本。California at Berkeley大学的研究者报导了其基于光注入锁定半导体激光器来实现SSB的研究结果。并详细测试了在强光注入锁定下，实现SSB调制的DFB激光器工作性能和系统构成。作者使用15到30GHz的RF载波，证明在适当的去谐条件下，随着共振频率的提高和啁啾的降低，可以让较低频率的边带信号强度增加，以便在两个边带间形成15dB的消光比。而通过对注入锁定参数的控制，还可改变消光比的大小。通过这种注入锁定DFB激光器的使用，实现了近似的SSB调制，抑制了色散的影响，让RF带宽增大至20GHz以上。最终实验测试显示了在20GHz的RF载波，携带622 Mb/s的数据信号在80km的光纤上，能够稳定的传输。
微波光子链路（MPL）在RoF系统里有着广泛应用。衡量MPL最关键的性能指标是无杂散动态范围(SFDR)，该指标在高信号功率下主要受到互调失真的影响，而在低信号功率下性能则主要被强度噪声、接收噪声，以及散粒噪声等限制。这些不利因素会导致信号截角失真。加拿大Victoria大学的研究者谈到，通常MPL的互调失真和强度噪声都主要来自于电光调制环节。进而作者通过使用具有线性传递函数的光纤光栅鉴别器做光频率调制，可以获得很高的SFDR。此时，系统性能则主要受到信号Clipping的影响。
二、有源器件：
韩国Sejong大学的研究者在硅基PLC平面上将激光二极管、模斑转换器、紫外写入光栅集成在一起，并挖槽，插入一聚合物材料的四分之一波片，波片用粘合剂固定，这样的混合集成可以让激光器在1550nm波段输出偏振度为0.992的环形偏振光，旁瓣抑制比高于50dB；德国研究者制作了GaInAsN–GaAs量子点激光器，室温下可以以16mA的低门限电流发射1355nm的激光，当温度上升到75°C时，辐射波长可以漂移到1395nm左右；中科院半导体所的研究者基于InP–GaInAsP材料，制作了等三角共振的微激光器，靠电注入工作，激光器能够室温发射1520nm的工作波长，为了方便与其它器件相连，作者还在激光器输出端面集成了波导，且全部基于半导体工艺制作；Covega Corp.的研究者则研制了一个梳状频率发生器（FCG），该器件可以将较宽的波长谱调制得到一系列等间隔的子频带，每子频带的带宽一般低于25GHz，这样可以在不增加对激光器成本要求下，制作稳定的适合超密集波分复用的光源。这里作者主要使用了一个双平行MZ调制器来实现相关功能。简单的说就是在一个MZ干涉仪的两臂上分别再使用MZ干涉仪结构，这样两个小干涉仪和一个大干涉仪，共存在三个电极对，通过对三个电极对直流偏压和RF驱动参数进行优化选择，作者最终对特定波长输入分割出9个平顶等间隔的子频率波。
