2005年1月PTL光通讯文章评析

1/9/2005,新年第一期PTL文章数量非常多，有81篇，先按照技术主题对面向光通讯应用的主要文章评析如下：
一、 半导体激光器：
    正如上期JLT评述的，当前半导体有源器件研究热点是基于分布反馈的VCSEL激光器。本期PTL要请大家注意的是两个在此方面做的比较出色的美国器件公司的最新成果，恰好代表了VCSEL在长短两个波段的研究焦点。前几期已经谈到短波段（850nm和980nm）的VCSEL技术已经非常成熟，因此当前短波段的研究热点已转向PLC单片集成化。本期快报OptiComp公司报导了其最新成果，成功将无源波导器件和980nmVCSEL单片集成，波导被缓冲层包覆，取代了原器件衍射光栅的部分，可以水平方向通信。据我所知，类似技术在国际上尚属首次，可以被看作是短波VCSEL激光器成功迈向PLC化的新起点。
尽管短波的VCSEL已经在短途通讯中广泛使用，但光通讯研究人员梦寐以求的还是要把这一性能优越的技术向长途通讯的长波段发展。本次快报中，美国E2O通讯公司的研究者在InP基底上外延生长AlGaInAs，使用SiO2 -TiO2介质模做DFB层，成功制作了在1.3－1.6微米段可连续输出的VCSEL激光器，其工作温度大约在120度，其单模输出功率约2mw。个人认为随着长波VCSEL技术的逐渐成熟，适合WDM－PON的性价比最优的有源模块即将浮出水面。
二、 光纤激光器：
    上期PTL已经谈到光纤激光器在光通讯应用方面尚没有可以与VCSEL相媲美的技术出现，但全光纤器件的优越性能还是决定了该器件未来最终应用于光通讯已成必然趋势。目前通讯用光纤激光器研究目标为——低阈值，高功率，低非线性和性能更加可靠的激光器。本期快报来自日本的Furusawa等使用掺铒的多孔光纤，使用最简单的FP腔做共振腔，实现了通讯波段低阈值（0.55mw）的连续输出。特别值得一提的是，他们把有源区和一个光纤环通过熔融的方法结合在一起，可以实现在1550nm附近100nm范围的可调输出，这样的可调范围如果其边缘输出特性仍较好的化，即使100GHz的频宽也可实现125个通道的复用，如果其技术真的如报导那样简单易行，完全可以称为一种面向DWDM应用的高性价比光源。
三、 调制器：
    目前最成熟的调制器是基于铌酸锂材料的电光调制，而该技术随着光通讯的发展已经呈现出两个主要的技术难点：一是40Gb/s的调制极限似乎难以逾越；二是半波电压过高。基于第一个瓶颈前面评析中曾提到《Nature》杂志有报导使用聚合物实现了200Gb/s的调制，本期快报没有相关文章。对第二个技术瓶颈，本期报导了来自NTT的Ken Tsuzuki等的最新成果，基于InP材料，使用MZ干涉仪的形式，沉积了n-i-n异质结电极，其半波驱动电压仅2.3V，这比铌酸锂调制器低了很多。从文章的眼图看，其在40Gb/s的调制速度下，消光比达到9dB，性能相当优越。
四、 波导、光纤技术：
    本期快报的波导技术基本都是关于光子晶体的文章，且理论分析占了绝对比例。由于前面几次已做过简要评析，这里我重点介绍几项光通讯廉价材料的发展。在集成波导方面，来自香港城市大学的研究者对离子交换波导进行了研究，提出了一种新颖的场辅助退火方法，得到了性能优良的玻璃波导。大家知道，通常波导都是基于半导体工艺的，加工成本非常高，离子交换技术作为一种实验简单，成本低廉的技术被广大研究者所关注，该片文章对工艺进行了改进，有效避免了二次交换过程中出现的表面应力大等缺陷；在光纤方面，塑料光纤的价格优势也受到了广泛关注，而通常的多模塑料光纤模式耦合相当严重，这极大限制了它的带宽，目前只能在局域网内使用。此次快报日本横滨科技大学的研究者研究发现光纤的数值孔径是直接与模间耦合相关的一个参数，通过对该参数进行调节，提出了对GI POFs折射率变化的一种全新设计方案，并在实验中获得了较优越的性能。
五、 无源器件：
    无源器件方面，此期快报有多个有意思的研究成果：前面提到过SOI材料是面向PLC的首选，本期快报中土耳其的研究者利用SOI材料设计制作了一个偏振分束器，利用SOI的高折射率差特性，有效降低了器件几何尺寸，同时工艺中还避免了应力双折射的产生；同样是基于SOI的高折射率差特性，折叠式的AWG器件近来也广泛被研究，其在传统AWG阵列波导中间横断开，镀上高反层，器件尺寸可减少一半，此次快报中得克萨斯州立大学的研究者对该器件进行进一步优化，镀上了磷酸盐玻璃电极，实现了10GHz的波长调节，器件性能更加可靠；对在光网络中被广泛使用（如OXC、OADM）的共振滤波器一直以来都是研究热点，此次南加州大学的Daniel Dapkus教授靠将两个半径略不同的异质结环状半导体共振腔级连在一起，并对一个环腔注入自由载流子，实现了一个数字可调的滤波器，其带宽仅0.68nm，通道隔离度达到15－20dB；美国OFS实验室的Yablon等对光纤渐变折射率透镜（GRIN）和光纤的熔接技术进行了研究，其实验结构可以实现强度大于100 kpsi，损耗低于0.4dB的熔接；光纤光栅方面，使用长周期光纤光栅（LPG）实现EDFA增益谱的平坦化，一直以来都是研究热点，此次快报浙大的张阿平等对LPG光栅结构和包层模进行了优化选择，可以实现在30nm波长范围内带通纹波低于0.35dB的增益平坦。
六、 有源器件：
   瑞士国家光学实验室的Payam Rabiei等对基于铌酸锂材料的参量放大器进行了优化，对外包层材料折射率进行调节，可实现零色散的参量放大，极大程度改善了放大器带宽。此外，可调滤波器方面本期快报有多篇文章：NTT的Segawa通过使用多个带有ASG的MZ干涉仪级连的办法，获得了高消光比的可调滤波；韩国的K. T. Kim等使用技术很有趣，利用一个taper波导和一个端面抛光的光纤进行耦合，在波导上有一个机械可调的薄层，从而改变两者耦合效率，实现了300nm的宽谱调节；同样来自韩国高等科技学院的Min-Suk Kwon等通过在聚合物波导上刻凹槽的形式，制作了长周期的光栅，利用聚合物的热光性质，改变光栅周期实现了可调滤波。
七、 网络与系统：
    本期快报网络系统部分的文章较多，共12篇，且均直接面向FTTH工程开展研究，个人认为比较有意义的几项为：西班牙的Josep Prat等使用反射型半导体做为调制和接受器搭建的光接入网，在1.25 Gb/s传输下，性能非常稳定；美国Agilent实验室的研究者，利用12根光纤，每路4×5.21-Gb/s波分复用，成功构建了可以实现250-Gb/s传输的PWDM系统，这是目前为止第一个成功运行的PWDM网，但遗憾的是其测试结果只在短途传输中有不错的表现，尚无法在光通讯中发挥作用；德国Karlsruhe大学的研究者利用SOA的非线性响应特性，设计制作了适用于光网络的信号监控器，实验中对信噪比和色散都进行了成功的测试；南安普顿大学的研究者利用相干光谱仪和一个SOA，成功减小了预放后的信号扭曲，证明经过SOA后的频谱扭曲主要来自于线宽的改变。（作者： 浙江大学 宋军）