05年3月PTL光通讯论文评析

一、光网络与系统：
    1.超密集波分复用：多次提到追求大容量是光通讯永远的目标，而就其实现方式而言，研究人员主要在两个方向同时开展着研究。其一是提高单波长信号调制速度，从较易实现的10Gb/s，到需要严格色散管理的40Gb/s，再到采用了QPSK等技术的80Gb/s，最后到上期提到采用了QPSK和PolDM结合技术的160Gb/s；另一个则是千方百计降低复用信号波长间隔的超密集波分复用（UDWDM）技术，显然如单通道仍采用10GHz，转而将信息容量寄托于更高效利用有限波长带宽上，可以降低色散管理相关的成本，并增大系统的公差容忍度。上期曾提到UDWDM的新纪录是3GHz频带间隔的复用，但其只对短距离进行了实验，且多项技术指标未知。而目前在长距离上有成功应用的最多是25GHz的间隔，此期快报，南韩的研究人员在却成功在1200km的中长距离上对12.5GHz间隔的UDWDM系统成功进行了测试，其单波长信号调制速率12.4Gb/s（使用归零调制格式），复用通道数为100，因此总传输容量达到了1Tb/s。这是目前为数不多的在长距离获得成功的12.5GHz间隔系统的案例，且综合性能相对优越。
    2.调制格式：本期快报信号调制方面的论文较多，现就较新颖的几篇评析如下：前面几期提到过SPM对PMD补偿效果有严重恶化的效果，而事实上SPM引起的啁啾对强度调制方式传输的信号也会有致命损伤，在本期中法国ENST-Bretagne的研究者就对这种损伤的预防进行了分析，并提出一种优化的强度调制格式，有效避免了色散带来的影响；Central Florida大学的研究者对8阶DPSK应用过程中由于偏振、滤波、相移及有限激光线宽带等因素带来的性能恶化进行了较深入的分析，并指出在实际应用中应该特别注意的关键因素；来自香港城市大学的研究者设计了一种新颖方案，靠对RZ-DPSK实施过程中脉冲发送和数据调制间的时间序列进行了实时监控，使其动态功率范围相对以前大幅提高。
    3.色散管理：刚谈到对40GHz/s以上的单波长调制，色散管理成了关键，因此PMD补偿的论文每期都有，本期主要篇目为：墨尔本大学的研究者对存在PDL下的PMD补偿情况进行了研究，其使用微波做为闭环反馈，对PMD进行实时监控和补偿，值得注意的是他们的结论，他们认为2dB（但个人对该数据表示怀疑）以下的PDL对PMD补偿并没有多大的影响，而此前公认的这一数据是0.5dB左右；汉城大学的研究人员论证了分别补偿一级和二级PMD是一种实际可行的PMD补偿手段，并提出了补偿所针对的两个关键参数；有趣的是同期上贝尔实验室的研究者却认为单纯的一级（first order）PMD补偿不能取得预期效果，一级补偿效果与反馈信号的种类有关，而反馈信号又与调制格式相关，因此认为一阶（one stage）补偿更加有效。
    4.子系统： 韩国通信大学的研究者利用VCSEL阵列和表面接收PD阵列组成了一个简单的光互连网络，特别之处在于其使用的连接器，由于VCSEL阵列和表面接收PD阵列的受光面和导光面垂直，因此需要在集成的时候进行光束的90度转向，该报导使用了被弯曲成L形的光纤，并固定在一个四角衬底上，制作了低耦合损耗的连接器；香港城市大学的研究者基于双折射光纤环有效改善了分布反馈激光器发射激光的光束质量，降低了强度瞬变和频率啁啾等不利因素的影响，同时明显改善了消光比。
    5.光交换：NTT实验室在本期快报上对他们光电子分组交换技术的研究成果做了报导。相对于电路交换，分组交换(Packet Switch)是把通讯两端的所有资料分割成许多小单位的封包，再将封包传送到对方，其优点就是每一个封包可经由不同的路径传送到对方，即使部份路径塞车仍可绕道，因此，使用上更具效率。NTT的研究特别考虑了封包交换过程可能出现的高速的异步突发封包，他们的系统使用了全光的串并转换器、并串行转换器以及全光的单时钟脉冲发生器，成功完成了标号处理、封包交换及缓存等功能。采用该系统测试，已对40GHz/s的16字节异步封包成功交换。
    二、有无源器件：
    1.光源：密集波分复用技术需要宽带可调的LD阵列，目前比较普遍采用的一项技术是使用非对称式多量子阱PIN结构（AMQWs），然而采用此项技术在发射带宽内的通道均匀性并不太好，一般来说80nm的可调波段会有大约8dB左右的输出功率变化。本期快报韩国电子通讯研究院的论文报导了他们最新的研究成果，通过使用波导光栅外腔调制，并在LD一个侧面上镀上抗反射包层，从而实现了80nm可调范围仅1dB的功率变化，是目前该技术有报导的最好的通道均匀度。同样是为了实现大范围可调，NEC公司的研究者却使用固定的标准具，转而使用液晶反射镜来进行波长调节，实现了35nm范围内的输出，其旁瓣抑制度很好，噪音也很低；台湾大学的研究者仅用单一半导体激光器实现了同时20nm频宽8波长的输出（注意不是可调分别输出，而是同时），其旁瓣压缩比28dB，信噪比也达到了30dB。其他近十篇半导体激光器的论文，多涉及VCSEL激光器，但都是对980nm发射相关性能的改进和深入研究，曾谈到过中长距离通讯更加关注的是长波段的发射，因此不再对其余论文做评述。光纤激光器方面，南安普顿大学的研究者就单频短腔光纤DFB激光器的不规则线宽现象进行了分析，并指出该激光器如想获得最大功率输出，在设计过程里还必须权衡其单频特性。
    2.波长转换：微波通讯里，当多个数据包发生竞争时，高优先级数据先传输，其余按顺序存入RAM中。而光光通讯里，类似RAM这样的器件至今还没有出现，目前较普遍的做法是使用光纤延时线在时域里解决这种竞争问题。然而这要增加网络节点，增加了系统不稳定因素。与之相比，使用波长转换技术将待滞留的信号转换到非传输波长上，是近来更被关注的技术。之前有利用AWG器件实现这种转换的，但其不同输出通道只输出单一波长的特性也同样增加了网络节点。在不增加网络节点的前提下，使用一根高非线性光纤，利用其四波混频的特性实现波长转换是近来广受关注的技术，本期快报上大阪大学的研究者利用该技术思路实现了1ns的高速转换，其特点是其数据链采用码分复用的形式编码和解码；同样基于该技术香港中文大学的研究者改用一根64m长的色散平坦的光子晶体光纤，在40nm的大带宽里实现了增益平坦的波长转换，其特点是偏振不敏感，PDL小于0.3dB。
    3.集成器件：对平面波导器件使用包层刻槽的方法实现热不敏感或偏振不敏感都是被普遍认可的技术。仍是基于该思路，NTT的研究者对槽的形状进行进一步的改进大大降低了刻槽引入的额外损耗，实现了一个16通道100GHz的热不敏感AWG，其刻槽引入的损耗仅0.4dB（通常这一数据是1.9dB）；台湾大学的研究者利用共振环结构制作了氮化硅滤波器，并将氧以等离子态注入器件，改变其导模有效折射率，进而改变共振波长的办法，实现了超越其自由光谱范围的共振波长滤波；德国微技术研究院的工作者提出了一种新颖的深紫外平板印刷技术来制作聚合物波导器件，其制作Y分支耦合器和多模干涉耦合器性能都很优越，然而其工艺比起传统的半导体工艺异常简单，大大降低了光集成推广的门槛；Maryland 大学的研究者在GaAs波导上包层分段刻蚀周期几十纳米的平行光栅，利用光栅对波长的耦合作用，不同光栅课将特定波长的光耦合入下包层，实现了一种新颖的解复用器，该器件的优点是极易与探测器集成；而香港城市大学的研究者则对这种波导表面刻蚀光栅的技术提供了一种可行的实验方法，其在波导表面度上一层epoxy，放置强度掩膜后，再利用248nm的紫外脉冲激光照射，便可以实现需要的波导光栅结构。
这两年硅波导被广泛关注，其直接使用硅做为芯层，外包层使用二氧化硅（或空气），这样大的折射率差可以有效限制住光，要实现单模需要非常小的波导线宽，此前曾报导的基于硅波导制作的AWG器件尺寸小于一个米粒，因此硅波导是未来纳米尺度集成的重要发展方向。此期快报日本NEC的研究者报导了利用硅波导制作的3dB耦合器整个器件尺寸仅10平方微米！（浙江大学 宋军博士）