05年05月JLT光通讯论文评析

  
   一、光网络与系统：
上期的评析谈到了很多OCDMA的内容，并指出目前的OCDMA均是基于单极性码（准正交编码）的非相干光通讯。而通常的相干光OCDMA技术可以通过采用相位移的光序列，实现一个相位移的双极性光脉冲表示一个二进制码。显然，比较于非相干OCDMA，相干光码分复用由于码间具有较好的正交性，可以产生较高的处理增益，因此明显可以获得相对较高的信噪比。但是这样的相干OCDMA直到目前为止，技术实现上仍然没有一个成熟的方案。近些年人们提出了一个有意思的相干OCDMA实现方案。其利用伪随机相位分布来“搅乱”光谱位相，实现了对飞秒脉冲的编码。原理简单描述如下：脉冲强度上被编码成若干单元，每个对应相移0或π，强度谱上看好像一些复杂的伪噪声尖峰，可是如果再次进行脉冲整形，且其相位与第一次共轭，则可使光谱的相位调制抵消，结果使伪噪声尖峰解码恢复到原先的超短脉冲。这样多个用户可以共享相同的光纤通道，基于不同的编码序列分配给不同的发射—接收器对。本期一篇来自伊朗的研究论文就对相关内容作了研究。研究指出在存在多路接入噪声、光放大噪声，和热噪声的影响下，这样的相干OCDMA系统在以相同bit率传输时，比理论至少要提高30dB左右的能量来保证。另外研究也分析了对不同的系统结构，所需要的最优放大器数目和在系统内的最佳位置。从这个研究来看，相干超短脉冲OCDMA系统，对噪声和非线性容忍度较低，对系统要求相当苛刻，因此就我看来，尽管其相对非相干OCDMA的优越性能已广受认可，但其系统太过复杂，造价太高，短期内还不会有商用前景。
此外，West of England大学的研究者结合了LDPC码和turbo码的技术优势，提出了一种新颖的可应用于全光网络的前向纠错码，获得了目前有报导以来最高的编码增益，其BER在10-12以下。并且在存在非线性、色散、ASE噪声的情况下，其BER性能仍然非常优异，作者暗示其改良的纠错码会在下一代光网络系统里将发挥重大作用。
    系统方面的主要研究有：（1） 英国Strathclyde大学的研究者汇报了其最新的有无源单片集成的波长转换器，结构上和以前一样，使用SOA和MZ干涉器，其实测使用了10Gb/s的非归零码。与以往同类研究相比，最显著的是其极低的损耗和信号失真。在从1528nm到1559nm几乎覆盖整个C波段的转换过程里，耦合损耗低于1.2dB，由于装配公差带来的最大损耗低于1.5dB，偏振相关损耗也低于1.5dB。另外，其转换前后的谱形几乎一致，品质因数相当可观；（2） 浙大信电系本期报导了其基于双频布里渊光纤激光器的微波毫米波发射器，理论上预测了通过泵浦光和三阶斯托克斯光混合可以生成33GHz的微波。实验上利用相同的装置产生了11GHz的发射，并通过温度改变，调节激光器FP腔，实现了100MHz的可调输出；（3） 使用光位相共扼（OPC）抑制光传输过程中的噪声，实现非失真传输已被广泛研究。本期法国研究人员就综合考虑了自发辐射（ASE）、非线性克尔效应、非线性放大及群时延等多种效应的影响，对OPC系统作了综合分析。证明由于调制不稳定效应，经常会导致OPC系统噪音抑制不完善，进而在存在反常色散的系统里，导致噪音抑制效果迅速退化。
    二、无源器件：
器件应用方面：（1） 众所周知，AWG是目前商用最成熟的DWDM器，然而目前较成熟的方案均只能实现64个通道复用，再多的通道比如128，综合性能会明显下降。特别是串扰特性，密集的通道复用产生的串扰在实用中是很难接受的。本期NTT的研究者提供了他们最近的相关研究成果，他们通过使用一个主AWG，后面级连若干个子AWG的办法来降低多通道复用产生的串扰，其制作的器件背景串扰低于-80dB，总串扰大约-34dB。并且作者指出使用他们的结构，可以实现可实用的1000个通道的复用。然而我们也不能忽视其涉及的两个关键问题：一是级连带来的累计损耗会随着复用通道的增加而成倍上涨；其二是如此级连会带来器件尺寸难以接受的大，从而器件成本也会成倍增加；（2）三星公司的研发人员在本期汇报了他们计划用于EPON的滤波器。器件基于PLC集成，采用双向耦合器的形式，并加以改进，比如通过使用更窄的芯层，降低了耦合器平行波导部分的长度约30％左右，并将双向串扰降低了10dB；波导弯曲部分采用了双二次曲线的形式设计，在进一步减小器件尺寸，降低串扰的同时，还大大简化了掩膜设计。整个器件双向串扰低于40dB，上行插损不到0.5dB，下行不到1dB；（3）韩国Ajou大学基于光子晶体共振器，利用相互之间的相互耦合效应，设计了一个三级Chebyshev滤波器，其中心频率193.55THz，在50GHz内带通文波仅0.3dB，非常适合100GHz的WDM光网络运用；（4）离子交换是一种制作工艺相对简单的波导加工方案，也正是因为它的廉价属性，一直以来都广受研究者关注，本期以色列的研究者报导了他们基于离子交换技术制作的热光可调光衰减器，性能就很不错，达到了聚合物材料的相关性能，插损小于1dB，动态范围约38dB，最大功耗138mw。特别值得一提的是其偏振相关损耗，在对信号10－20dB可调衰减的时候，也仅在0.2－0.6dB范围变化，这是迄今有报导以来同类器件中最小的。
波导工艺及其理论研究方面：（1）一种被称为Trench-Bulge的波导，最近很受关注，其在衬底上刻蚀凹槽，然后直接将芯层材料填充进槽内，光直接在高折射率的槽内物质里传输。可见这比通常先沉积下包层，再沉积芯层，再包覆上芯层的方式简化了很多，也避免了不同膜层间的张力作用，一般可以获得更低的传输损耗。本期德国的研究者就对这一波导结构进行了研究，但证明很多情况下，由于槽的结构特征，会形成一种类似于隧道效应的现象，能量向凸起部分迅速泄漏，可以产生1dB/cm的较大传输损耗。随后，他们也提出可以采用将槽面刻的更深，或者在远离波导壁的部分形成一个薄腔的方法，从而有效避免这种泄漏损耗。但无疑，一个更深的刻槽将恶化波导壁的垂直度，增大散射损耗，而使用其建议的腔状结构，制作复杂度也会明显增大；（2）加拿大的研究者对光纤模式分析提供了一种更严格的矢量方法，证明很多情况下光纤中的不同模式会发生有针对性的耦合，特别指出在tapered光纤里，模式耦合能导致大的损耗和振荡，其矢量分析结果和实验保持了高度的一致。（3）Hosei大学的研究者则针对可适用于复杂结构波导分析的全矢量束传播方法，提出了一种非常新颖的网格差分格式。能同时对本征模和传输特性做出精确分析。
三、有源器件：
探测器的种类很多，但如果系统需要极高的响应度，选用雪崩光电探测器（APD）显然是最好的选择。大家知道，对探测器、放大器等器件，在较宽的量程内，带宽和增益的乘积都保持不变，因此通常把增益带宽积（GBP）作为这类器件综合性能的重要评价指标，本期New Mexico大学的研究者就通过对异质结APD的结构进行优化，大大提高了其GBP。其主要特征是在原来的GaAs雪崩层前，又使用了AlGaAs（按特定配比沉积）材料，加入了用于激活电子的活化层。并通过优化活化层的厚度，让器件的CBP最优化。同时作者也证明了使用优化的器件其GBP不会随实际应用条件不同而变化，同时对噪声也有很好的抑制作用。
拉曼光纤放大器以其极大的放大带宽和较好的信噪比，在长距离传输中已经越来越被看好，而光纤拉曼激光器也被认为是拉曼放大和远泵EDFA放大应用的理想光源。它们在新一代光通讯网络里的地位都得到了研究者的一致认可。本期来自悉尼大学的研究非常有意思。他们第一次在一个系统里同时实现了互不干扰的拉曼光纤放大和拉曼光纤激光发射。其系统使用1060nm和1090nm的双波长泵浦源，并使用了重度的掺锗光纤，系统正常工作时，作为激光器，只以1060nm做泵浦源辐射激光，与1090nm无关。而作为放大器，则同时使用两个泵浦波长。依靠引入腔内损耗，或者增加拉曼光纤长度，既可以使系统只以拉曼光纤放大器的形式工作，也可以让系统只以拉曼光纤激光器的形式工作。