07年12月PTL光通讯论文评析

一．调制格式：
    Southern California大学的研究本期对DPSK信号的多比特延时解调做了实验研究。通常的DPSK解调装置基于一个Mach-Zehnder延时线干涉仪（DLI）结构，其中一臂产生一字节的时延。而多比特延时解调是对传统DLI的一个改进，即通过一个臂产生多字节的时延来对具有固定时隙的连续数据做差分相位解调。此外很多研究者证实，这种多比特延时DLI结构还有许多特殊应用，比如可以对偏振复用信号做解调，以便让每个字节恢复先前的偏振态，并消除一定大小的非线性影响；在光时分复用（OTDM）系统里，这样的解调器还可以用于改善相位稳定性，以便完全恢复出与发射信号相当的信号；而对DPSK信号解调时，除了能正常快速的解调外，这种多比特延时解调器还能提供更高的接收灵敏度。之前的研究者估计这种多比特延时DLI受到激光线宽的影响，每整数比特延时大概会产生0.2-0.35dB的损耗。然而本期作者通过实验测试证实影响探测损耗的关键因素其实是频率偏移效应，这种频率漂移能够让每整数字节延时带来的功耗达1.2dB左右。且频率漂移必须被限制在1-bit延时之内，超过1-bit，延时失配公差还会进一步降低20%左右。但作者并没有给出对这种效应的抑制方法，只是说明该方法损耗比预想的大。
    本期关于不同调制格式的文章很多，其中大多数都是关于DPSK格式的。台湾中山大学的研究者研究了RZ-DPSK格式信号在长距离传输系统中的应用。对长距离传输系统，得益于RZ-DPSK格式对非线性和色散的大公差，不使用中继器的最大传输距离明显增加。作者指出对这种长距离传输，自相位调制（SPM）效应是影响传输性能的最关键因素。作者通过数值计算证明色散管理是抑制SPM影响的有效方法，通过对色散分布图的重构，可以明显抑制SPM，增加最大无中继传输距离。
    尽管DPSK调制格式好，但并不是说强度调制就不重要了。DPSK格式调制解调都相对复杂，因此目前的应用定位只局限于长距离传输使用。而对局域网应用，On-Off键控（OOK）明显是性价比最高的调制格式。这就意味着对未来的全光网络，必然是OOK和PSK等多种调制格式的混合传输网。因此对这些格式瞬时转换是一个重要研究课题。本期清华大学的研究者使用半导体光放大器（SOA）实现了全光NRZ-OOK格式对BPSK格式的转换。在这之前，全光纤器件的格式转换已有报导，作者这里使用SOA作转换媒介是因为SOA功耗低，价格较偏移，也易于集成。整个转换主要基于两种效应，利用交叉相位调制（XPM）效应做相位编码，利用非线性偏振旋转（NPR）效应做增益均衡。应用时为了增强NPR效应，必须增大双折射，这就需要让入射光的偏振与SOA层呈45°入射。作者实验成功显示了10Gb/s的格式转换，功耗1.3dB左右，误码率维持在10-9水平。
    意大利研究者则打算探讨使用了最大似然估计（MLSE）的接收器对不同调制格式的效果，研究比较了直接探测的强度调制（IMDD）、双二进制调制（DB）、DPSK和DQPSK等调制格式在使用MLSE接收器下的效果。作者证明对二进制调制格式，使用DB格式接收效果最好。而DQPSK格式则在四态并行处理的MLSE下作用更好。此外作者指出MLSE探测器如果结合使用接收滤波器效果会明显改善。
    从抑制非线性影响上，还有另一种调制格式也很有效，即偏振交替转换（APol）格式。该格式利用半比特率的时钟信号来驱动相位调制器，产生字节对字节偏振交替变换的调制信号。特别对归零的APol-RZ信号，抑制XPM和四波混频（FWM）效果尤为突出。本期德国的研究者将原有APol-RZ调制格式与载波抑制归零OOK（CSRZ-OOK）调制相结合，也就是说让CSRZ的字节对字节相位交替变换与偏振调制同步，让同一偏振下的所有脉冲拥有同样的相对相位。这种新的调制格式在极大改善了带间非线性公差的同时，也抑制了色散、PMD等效应。作者指出该调制格式特别适合于谱效率达到或超过0.8bit/s/Hz的超密集波分复用应用。
    非归零（NRZ）格式信号明显比RZ格式信号具有更高的带宽利用率，但NRZ格式信号由于不包含时钟信息，因此对NRZ系统时钟元件或全光时钟恢复系统都是必须的。本期华中科技大学的研究者设计了一个针对NRZ格式信号应用，非常简单的全光时钟恢复方案。作者通过将调制后的NRZ信号，先通过一个3dB带宽0.3nm的窄带滤波器作预处理，使NRZ信号转换成一种伪RZ（PRZ）信号。使用的滤波器为可调滤波器，通过调节载波和滤波中心波长的漂移，可以让该滤波器将不同比特率下的NRZ信号转换为PRZ信号。之后再级联一个由光纤环形激光器和SOA组成的时钟恢复单元，就可以用PRZ信号方便提取出时钟信号。作者现在的方案比起已有方法，不需要额外的格式转换，而且使用的滤波器在一定程度上还能起到降低噪声的功效。实验测试上，作者成功实现了10Gb/s到40Gb/sNRZ信号的时钟恢复操作。
二．波分复用（WDM）：
    对WDM-PON使用无色光源对降低系统成本有着重要意义。所谓无色光源就是让各波长发射选用一样的甚至同一个光源，而按照实际需要来对发射波长进行选择，满足应用。这样就能将光源标准化，从而降低成本。目前普遍使用的无色光源技术是自种子注入技术，通过注入相干光或ASE光来对波长进行选择性放大输出。本期韩国研究者对采用自种子注入光源的WDM-PON做了实验研究，重点对回波损耗的影响做了分析。这里所说的回波损耗包括两方面内容，其一是自种子注入光被反回中央站（CO），其二是调制后的上载信号被反射回ONU。这里作者分别采用DFB-LD和一个ASE做自种子注入光，在ONU使用波长锁定的FP LD（WL FP-LD）做光源。测试证明使用非相干的ASE光作自种子注入更有利于抑制回波损耗的影响，这主要得益于ASE光具有较宽的线宽。此外作者也证明对最大链路预算，存在一个最佳的注入光线宽选择。例如对1.25Gb/s的传输，可达到的最大光纤损耗为12.5dB时，自种子注入光的最佳线宽应为7-30GHz。
    Central Florida大学的研究者报导了最密集、Q因数最好的超密集波分复用应用。作者将符号速率设定为6GHz，以便抑制串扰，并方便对临近通道光谱进行钳制。之后作者选择通道间隔等于符号速率，在这之前最好的报导是通道间隔为符号速率的1.3倍。因为理论上功耗会随通道间隔的降低而单调增加，因此很难获得真正低通道间隔的使用。这里作者之所以实现了这么高的光谱利用率，是因为附带使用了一些技术。其一是使用了相干光探测，而这一探测方式的实现是以结合了DSP技术作数字信号处理为前提的。这样的相干光探测，一方面提高了灵敏度，增加了最大传输距离，另一方面由于可以进行了电子辅助滤波，再结合原有的光滤波，最终实现了超窄带滤波；其二作者结合使用了正交频分复用（OFDM）技术的一些概念，让通道间隔严格等于符号速率，抑制码间干扰；其三是在探测器前后各使用了一个抗锯齿滤波器，该滤波器在12.5GHz时有个陡峭的截止边界，从而钳制了边缘通道的串扰影响。靠这些辅助技术作者对超密集波分复用系统做了实验测试，证实在多通道传输时Q因数仅比单通道传输恶化了2.8dB。
三．光电器件：
    无源器件方面：清华大学的研究者利用采样光纤光栅（FBG）技术实现了全光任意波前发生（OAWG）操作。实现OAWG操作有许多现实应用，当前最为流行的是用于OCDMA系统的编码。作者首先介绍了使用的采样FBG制作工艺，是基于一种新颖的重构等效啁啾技术。之后作者举例说明了应用采样光栅作OAWG操作的过程；比利时的研究者利用SOI材料和金材料制作了曲线型光栅耦合器，用于对光束进行聚焦，依靠其新颖的曲线设计，能比起通常的线光栅同类器件，尺寸降低八成左右。
    有源器件方面：NEC的研究者在1.1μm波段制作了掩埋Ⅱ型槽连接VCSEL激光器，能够实现27GHz的振荡频率；台湾技术大学的研究者基于铌酸锂材料制作了微共振波长滤波器，其脊形波导结构通过湿法刻蚀工艺实现，能够获得大的横向相对折射率差。器件集成了微型加热器，通过注入加热器的电流来改变稳定，进而通过热光效应改变共振条件，最终实现可调滤波。