07年11月JLT：三年光通讯论文总结
发布时间：2007-12-05 09:05:28 热度：6294
不支持该视频 11月的JLT到现在还没有出版，在查阅文档的时候突然发现，我从2004年11月开始在“光纤在线”撰写JLT和PTL的评析，到现在正好三年了。于是突发奇想，在本期对JLT这三年来的论文情况做一个总结，而11月的JLT文章待出版后将和下一期一起评析。在这里需要指出的是JLT和PTL虽然都是光通讯领域最具权威性的期刊，但他们的侧重点却有明显差异，PTL为快报，强制文章在三页之内，由于文章短小简洁，因此其内容绝大多数为光通讯领域的最新实验进展。而JLT免费出版的文章限制在八页之内，特邀论文限制在十二页之内，超过限制也可以发表，但多余的页面需要作者缴费，因此JLT的论文多以较多理论内容著称，反应了光通讯领域的基础研究情况。对PTL的总结计划放在下期进行。
（注：所有统计结果使用Web of Science分析工具获得）
一．论文主题分布：
三年来JLT共刊登了1705篇论文，除去传感等内容，与光通讯相关的大致在1300篇左右。按照研究主题的不同，总结其分布如下表：
表一 JLT三年论文主题分布统计
从这个表格可以揭示出光通讯相关技术研究的焦点，光源这部分绝大多数是半导体激光器，少部分是光纤激光器，由于其总类繁多，利用的原理和工艺各不相同，因此这一主题是论文数量最多的。在光传输网里WDM和OCDMA都是近年很受关注的研究技术，但从论文数量上看，前者仍明显高于后者，说明波分复用作为最具潜力光网络组网技术的地位仍是无法撼动的。此表还显示了网络性能损伤是网络部分最主要的研究主题，将PMD、非线性、色散影响及补偿合在一起就接近300篇论文，而这些损伤因素之所以受到研究者的关注，是因为它们主要作用于高速大容量光网络，这预示着当前的研究者正致力于为网络向40Gb/s以上升级做技术储备。在调制格式相关内容里，篇幅最多的是有关DPSK格式的研究，关于它的优点在以往也多次提到，后面也会重点总结，这里先不多说了。
二．论文国家及地区分布：
之所以做这样一个统计，是希望由此显示出各个国家及地区在光通讯基础技术研究上近年来的进展情况。特别由于JLT是光通讯基础理论研究方面颇具影响力的期刊，因此比起通常的SCI论文数量统计更能真实反应一个国家和地区相关研究的实力。统计结果如表二所示，从表中可以看到，光通讯领域的基础研究不得不承认美国和日本仍处于绝对领先地位，两个国家的论文数量占了整个出版量的一半，加拿大和英国紧随其后。中国在统计表上列第五位，三年来在JLT上共发表论文114篇，这表面中国在光通讯基础技术研究上已经取得了相当进展，但距离光通讯研究的强国仍有很长一段距离。此外，台湾地区三年来在JLT发表论文的数量列第九位，大家知道光电子行业是台湾的朝阳产业，在经济中占有相当重要的地位，因此台湾地区很多光通讯的研究成果在世界上也是处于绝对领先的。
表二 JLT三年论文地区分布统计
三．主要研究机构：
在这部分里，按照三年来在JLT发表论文的数量，对一些主要研究机构进行排序，并对其研究内容做总结。这样做的目的是为了揭示出近三年来光通讯领域基础技术研究上产出最大的一些研究单位，在某些方面来言，他们代表了相关技术的前沿。感兴趣的朋友可以找到相关机构光电所的研究主页，一般都具有正在研究课题的简要介绍，这有帮助于大家最快的速度了解光通讯基础技术的主流研究方向。
表三 JLT三年论文量按研究机构排序
如表三所示，对三年的研究论文按研究机构统计，在前的除了NTT公司和朗讯下的Bell实验室外，都为一些知名大学，说明作为光通讯基础技术的研究，大学扮演着重要角色，是未来光网络运用的主要技术载体。但目前中国大陆地区并没有任何研究机构能列入这个榜单，证明在中国大陆尚没有足具影响力的光通讯研究机构。因此未来我们需要做的事情还很多。
四． 最具影响力的论文
在三年JLT中，按照引用频率排名，简要介绍排在前五位的论文。这里有两点需要指出，其一是这里的引用率采用Web of Science的统计结果，而不是Google Scholar（后者指一切出版论文的引用结果，绝对数值高于前者）。其二是引用率和时间有关，越老的论文累积引用次数越高，因此我们的统计虽从04年11月开始，但06和07年论文的引用次数显然落后。因此引用次数并不能绝对说明论文的质量，只能说明04-05年一年多的几百篇论文里，最受关注的几篇，但这也足具参考价值。
排名首位的论文为05年1月，由A. H. Gnauck发表，题为“Optical Phase-Shift-Keyed Transmission”的论文（Vol. 23:115-130），引用次数累积达99次。Gnauck是Bell实验室的知名研究员，他曾因在世界上第一次实验实现了Tbit的WDM光传输而著称。目前，他的主要研究方向为单通道40Gb/s以上的WDM网络运用，大家知道，要在单通道实现40Gb/s以上的调制速度，需要合理处理包括色散、PMD和非线性等信号损伤因素带来的影响，因此采用良好的信号调制格式是必要的解决方案之一。这样在05年01月，Gnauck对自己和他人的研究成果进行了总结回顾，发表了这样一篇论文，探讨DPSK在高调制速率传输网上的运用情况。这里DPSK对上面提到的那些系统损伤因素具有天然的抵御力，因此能够降低系统的信噪比要求达3dB左右。此外在光网络里，由于采用了DPSK格式，光学窄带滤波，接收端信号漂移等对信号质量的破坏也都会被抑制。论文长达16页，远超过免费发表的标准。因此其涵盖内容面面俱到，由浅入深，是了解DPSK机理，开展相关实验的有益参考，这也是该论文能够在一千七百篇论文里被引用次数最多的原因，无疑已经成为DPSK研究的经典论文。
排名第二的论文来自比利时Ghent大学课题组，在05年01月JLT上撰写的题名为“Nanophotonic Waveguides in Silicon-on-Insulator Fabricated With CMOS Technology”（Vol. 23: 401- 412）的论文，累积被引用51次。这是一篇有关硅纳米波导制作工艺的研究，当使用硅做芯层，氧化硅做包层时，利用芯层和包层的大折射率差，可以让波导尺寸小型化，例如单模矩形波导的截面尺寸可以压缩至220×220nm2左右。这样原来一个几毫米甚至几厘米的器件，可以在几百平方微米的平面内被制作出来，从而揭开了超密度大规模光子集成的序幕。另一个显著特点是这样的纳米波导器件，由于厚度很小，只有几百纳米，因此不再需要传统集成光学的复杂工序，像这篇论文一样，仅采用类似CMOS工艺的深紫外光刻技术，就可以像平板印刷那样制作光集成器件。而这篇论文的特点就在于其工艺描述细致全面，能够解决很多具体实验中碰到的细节问题，比如一次印刷后如何处理各个元件间的失配，如何降低刻蚀端面的粗糙度等。论文暗示硅纳米集成波导是优于光子晶体波导的技术，在高密度集成下仍可以保持低损耗。其传输损耗可以低至0.24dB/mm，而对一个几百平方微米的器件，其传输损耗几乎可以忽略。
排名第三的论文是丹麦研究者于05年01月发表的题为“Integrated Optical Components Utilizing Long-Range Surface Plasmon Polaritons”（Vol.23: 413-422）的论文，累积被引用45次。和前面提到的硅纳米波导一样，表面等离子波导是另一种近来研究异常火热的技术，目标也是让光电器件小型化。这里说的表面等离子波导一般是在两个金属片之间夹一层介质，或两个介质中夹一个小的金属片形成波导。光以表面等离子波的形式贴在金属和介质的分界面向前传输。由于金属具有负介电常数的特性，因此形成波导的等效折射率可以非常的大，能够在纳米的尺度内导光，从而让该结构有了许多新颖应用。该篇论文是对表面等离子波导理论和实验研究的一篇论文，分析了不同金属、介质层厚度下的模场特征，并制作了光耦合器，光功分器等简单集成器件。比如一个通常的Y分支分束器长度在几个厘米左右，但采用了表面等离子导技术后可以让器件缩小到一毫米左右。然而影响该技术应用的主要瓶颈是该波导较大的损耗，其传输损耗约6dB/cm，一个15mm弯曲半径下的弯曲损耗也达5dB左右。损耗的主要来源是金属的吸收。
排名第四的论文是西班牙研究者于05年02月发表的题为“Discrete-Time Optical Processing of Microwave Signals”（Vol. 23: 702-723）的论文，累积被引用45次。这是一篇微波光子学的研究，这也是目前非常受推崇的一个研究领域，其融合了微波学和光学的优势，让其相互互补，有许多新颖的应用，在通讯上最有代表性的就是ROF（radio over fiber）技术。而这篇文章是属于信号处理方面的一个应用，利用光学滤波来对微波信号进行处理。作者以长达22页的篇幅描述了非相干不等时间采用对微波信号处理的原理、应用和当前技术发展。
排名第五的论文是Korea Telecom (KT)研究者于04年11月发表的题为“Fiber-to-the-Home Services Based on Wavelength-Division-Multiplexing Passive Optical Network”（Vol. 22: 2582-2591）的论文，累积被引用36次。显然从题名可以看到这是一篇利用WDM-PON实现FTTH的应用研究。由于是韩国系统运营商的研究论文，因此更侧重于实用性，作者主要面向捆绑式的三网合一服务（TPS），同时提供数字电视（视频），宽带上网（数据）以及电话通话技术（语音）三重接入。作者使用自发辐射放大（ASE）的Fabry–Pérot激光二级管作光源，热稳定的AWG做波分复用器，在网络第二层结合了以太网技术，能提供32通道，单通道125Mb/s的传输。
总结一下，这五篇论文基本概况了当前光通讯应用的几个热点方向，既有网络相关，也有器件的技术发展。而值得注意的是除了第三篇以外，其余四篇论文都是特邀论文，可见由于特邀论文作者在这个领域已经做出相当多有影响力工作，因此他们的论文条例更清晰，能高瞻远瞩的展现技术发展趋势，因此受到更多关注。另外，也能发现，前三篇论文都来自05年01月，因为这期论文是04年OFC大会的一个总结专刊，由此也足见OFC对光通讯技术发展的影响力。
（注：所有统计结果使用Web of Science分析工具获得）
一．论文主题分布：
三年来JLT共刊登了1705篇论文，除去传感等内容，与光通讯相关的大致在1300篇左右。按照研究主题的不同，总结其分布如下表：
表一 JLT三年论文主题分布统计
从这个表格可以揭示出光通讯相关技术研究的焦点，光源这部分绝大多数是半导体激光器，少部分是光纤激光器，由于其总类繁多，利用的原理和工艺各不相同，因此这一主题是论文数量最多的。在光传输网里WDM和OCDMA都是近年很受关注的研究技术，但从论文数量上看，前者仍明显高于后者，说明波分复用作为最具潜力光网络组网技术的地位仍是无法撼动的。此表还显示了网络性能损伤是网络部分最主要的研究主题，将PMD、非线性、色散影响及补偿合在一起就接近300篇论文，而这些损伤因素之所以受到研究者的关注，是因为它们主要作用于高速大容量光网络，这预示着当前的研究者正致力于为网络向40Gb/s以上升级做技术储备。在调制格式相关内容里，篇幅最多的是有关DPSK格式的研究，关于它的优点在以往也多次提到，后面也会重点总结，这里先不多说了。
二．论文国家及地区分布：
之所以做这样一个统计，是希望由此显示出各个国家及地区在光通讯基础技术研究上近年来的进展情况。特别由于JLT是光通讯基础理论研究方面颇具影响力的期刊，因此比起通常的SCI论文数量统计更能真实反应一个国家和地区相关研究的实力。统计结果如表二所示，从表中可以看到，光通讯领域的基础研究不得不承认美国和日本仍处于绝对领先地位，两个国家的论文数量占了整个出版量的一半，加拿大和英国紧随其后。中国在统计表上列第五位，三年来在JLT上共发表论文114篇，这表面中国在光通讯基础技术研究上已经取得了相当进展，但距离光通讯研究的强国仍有很长一段距离。此外，台湾地区三年来在JLT发表论文的数量列第九位，大家知道光电子行业是台湾的朝阳产业，在经济中占有相当重要的地位，因此台湾地区很多光通讯的研究成果在世界上也是处于绝对领先的。
表二 JLT三年论文地区分布统计
三．主要研究机构：
在这部分里，按照三年来在JLT发表论文的数量，对一些主要研究机构进行排序，并对其研究内容做总结。这样做的目的是为了揭示出近三年来光通讯领域基础技术研究上产出最大的一些研究单位，在某些方面来言，他们代表了相关技术的前沿。感兴趣的朋友可以找到相关机构光电所的研究主页，一般都具有正在研究课题的简要介绍，这有帮助于大家最快的速度了解光通讯基础技术的主流研究方向。
表三 JLT三年论文量按研究机构排序
如表三所示，对三年的研究论文按研究机构统计，在前的除了NTT公司和朗讯下的Bell实验室外，都为一些知名大学，说明作为光通讯基础技术的研究，大学扮演着重要角色，是未来光网络运用的主要技术载体。但目前中国大陆地区并没有任何研究机构能列入这个榜单，证明在中国大陆尚没有足具影响力的光通讯研究机构。因此未来我们需要做的事情还很多。
四． 最具影响力的论文
在三年JLT中，按照引用频率排名，简要介绍排在前五位的论文。这里有两点需要指出，其一是这里的引用率采用Web of Science的统计结果，而不是Google Scholar（后者指一切出版论文的引用结果，绝对数值高于前者）。其二是引用率和时间有关，越老的论文累积引用次数越高，因此我们的统计虽从04年11月开始，但06和07年论文的引用次数显然落后。因此引用次数并不能绝对说明论文的质量，只能说明04-05年一年多的几百篇论文里，最受关注的几篇，但这也足具参考价值。
排名首位的论文为05年1月，由A. H. Gnauck发表，题为“Optical Phase-Shift-Keyed Transmission”的论文（Vol. 23:115-130），引用次数累积达99次。Gnauck是Bell实验室的知名研究员，他曾因在世界上第一次实验实现了Tbit的WDM光传输而著称。目前，他的主要研究方向为单通道40Gb/s以上的WDM网络运用，大家知道，要在单通道实现40Gb/s以上的调制速度，需要合理处理包括色散、PMD和非线性等信号损伤因素带来的影响，因此采用良好的信号调制格式是必要的解决方案之一。这样在05年01月，Gnauck对自己和他人的研究成果进行了总结回顾，发表了这样一篇论文，探讨DPSK在高调制速率传输网上的运用情况。这里DPSK对上面提到的那些系统损伤因素具有天然的抵御力，因此能够降低系统的信噪比要求达3dB左右。此外在光网络里，由于采用了DPSK格式，光学窄带滤波，接收端信号漂移等对信号质量的破坏也都会被抑制。论文长达16页，远超过免费发表的标准。因此其涵盖内容面面俱到，由浅入深，是了解DPSK机理，开展相关实验的有益参考，这也是该论文能够在一千七百篇论文里被引用次数最多的原因，无疑已经成为DPSK研究的经典论文。
排名第二的论文来自比利时Ghent大学课题组，在05年01月JLT上撰写的题名为“Nanophotonic Waveguides in Silicon-on-Insulator Fabricated With CMOS Technology”（Vol. 23: 401- 412）的论文，累积被引用51次。这是一篇有关硅纳米波导制作工艺的研究，当使用硅做芯层，氧化硅做包层时，利用芯层和包层的大折射率差，可以让波导尺寸小型化，例如单模矩形波导的截面尺寸可以压缩至220×220nm2左右。这样原来一个几毫米甚至几厘米的器件，可以在几百平方微米的平面内被制作出来，从而揭开了超密度大规模光子集成的序幕。另一个显著特点是这样的纳米波导器件，由于厚度很小，只有几百纳米，因此不再需要传统集成光学的复杂工序，像这篇论文一样，仅采用类似CMOS工艺的深紫外光刻技术，就可以像平板印刷那样制作光集成器件。而这篇论文的特点就在于其工艺描述细致全面，能够解决很多具体实验中碰到的细节问题，比如一次印刷后如何处理各个元件间的失配，如何降低刻蚀端面的粗糙度等。论文暗示硅纳米集成波导是优于光子晶体波导的技术，在高密度集成下仍可以保持低损耗。其传输损耗可以低至0.24dB/mm，而对一个几百平方微米的器件，其传输损耗几乎可以忽略。
排名第三的论文是丹麦研究者于05年01月发表的题为“Integrated Optical Components Utilizing Long-Range Surface Plasmon Polaritons”（Vol.23: 413-422）的论文，累积被引用45次。和前面提到的硅纳米波导一样，表面等离子波导是另一种近来研究异常火热的技术，目标也是让光电器件小型化。这里说的表面等离子波导一般是在两个金属片之间夹一层介质，或两个介质中夹一个小的金属片形成波导。光以表面等离子波的形式贴在金属和介质的分界面向前传输。由于金属具有负介电常数的特性，因此形成波导的等效折射率可以非常的大，能够在纳米的尺度内导光，从而让该结构有了许多新颖应用。该篇论文是对表面等离子波导理论和实验研究的一篇论文，分析了不同金属、介质层厚度下的模场特征，并制作了光耦合器，光功分器等简单集成器件。比如一个通常的Y分支分束器长度在几个厘米左右，但采用了表面等离子导技术后可以让器件缩小到一毫米左右。然而影响该技术应用的主要瓶颈是该波导较大的损耗，其传输损耗约6dB/cm，一个15mm弯曲半径下的弯曲损耗也达5dB左右。损耗的主要来源是金属的吸收。
排名第四的论文是西班牙研究者于05年02月发表的题为“Discrete-Time Optical Processing of Microwave Signals”（Vol. 23: 702-723）的论文，累积被引用45次。这是一篇微波光子学的研究，这也是目前非常受推崇的一个研究领域，其融合了微波学和光学的优势，让其相互互补，有许多新颖的应用，在通讯上最有代表性的就是ROF（radio over fiber）技术。而这篇文章是属于信号处理方面的一个应用，利用光学滤波来对微波信号进行处理。作者以长达22页的篇幅描述了非相干不等时间采用对微波信号处理的原理、应用和当前技术发展。
排名第五的论文是Korea Telecom (KT)研究者于04年11月发表的题为“Fiber-to-the-Home Services Based on Wavelength-Division-Multiplexing Passive Optical Network”（Vol. 22: 2582-2591）的论文，累积被引用36次。显然从题名可以看到这是一篇利用WDM-PON实现FTTH的应用研究。由于是韩国系统运营商的研究论文，因此更侧重于实用性，作者主要面向捆绑式的三网合一服务（TPS），同时提供数字电视（视频），宽带上网（数据）以及电话通话技术（语音）三重接入。作者使用自发辐射放大（ASE）的Fabry–Pérot激光二级管作光源，热稳定的AWG做波分复用器，在网络第二层结合了以太网技术，能提供32通道，单通道125Mb/s的传输。
总结一下，这五篇论文基本概况了当前光通讯应用的几个热点方向，既有网络相关，也有器件的技术发展。而值得注意的是除了第三篇以外，其余四篇论文都是特邀论文，可见由于特邀论文作者在这个领域已经做出相当多有影响力工作，因此他们的论文条例更清晰，能高瞻远瞩的展现技术发展趋势，因此受到更多关注。另外，也能发现，前三篇论文都来自05年01月，因为这期论文是04年OFC大会的一个总结专刊，由此也足见OFC对光通讯技术发展的影响力。
