2005年3月JLT光通讯论文评析

    一、光网络：
    随着近几年光接入网的快速发展,已逐步实现了FTTC和FTTB,全光网络当然是最终的趋势。当然，人们希望仍基于现有的光接入网络来传输全光信息。最近一种被称为光loop-back的技术广受研究者关注，因为它在光接入中有效节省了所需光纤，以及放大、色散补偿等元器件的数量。特别，该技术在远距离WDM-PON网络中的应用很受瞩目。相应的，基于星型光网络拓扑结构，一种有光虚拟专用网(O-VPN)之称的虚拟光纤环状（VOR）网络技术也有了很大发展。基于该技术，大多数情况下使用WDM实现单光纤接入都变得简单易行了。然而，现阶段该技术实用中也有两个主要的技术瓶颈，一方面网络结构的灵活性欠佳：容易理解如果增加网络的核心器件AWG通道数目可以明显改善网络结构的灵活度，然而目前商用的AWG仍以64通道比较常见，再多通道在实用中性能均欠佳；另一方面，受激光器可调波长范围和放大器带宽限制，要想增加网络节点，在可利用带宽内只能使用更加窄的通道间隔，然而这必然增加对波长控制的要求，网络成本必然增加。如何妥善处理好两者的关系，是技术迈入实用的关键。本期墨尔本大学的Tucker教授提供了一项很有趣的研究，他们使用了小通道数量的AWG实现了大带宽的波长路由。其网络结构将大量8×8AWG器件（波长间隔0.8nm）循环连接，任何一个都有一个为自身VOR工作的loop-back，且单体实现互连，形成一个两层VOR网络。其实验结果达到了预期效果。
    当调制速度在40Gb/s或更高的时候，PDL、PMD、非线性效应等对信号脉冲形状的影响都会变得异常强烈，光信号在全光网络里传输，会经过多次OXC、被多次放大，信号形状会退化，误码率会明显增大。因此对于高速传输的光网络，如何有效的抑制线性和非线性信号损伤广受研究者关注。California大学的Jonathan P. Heritage教授是研究光网络中非线性效应的权威，本期JLT中，他所在的研究组为了适应高速光网络应用，提出了一种脉冲变形自愈式的路由和波长分配算法（RWA）。这种分等级的RWA在物理层对OSNR和PMD大小进行估计，而相对常规的处理了网络层。其数值例子证明了其算法的有效性。
    光互连网络分为Multi-Hop网络和Single-Hop网络.前者在传输的中间节点,需要光电转换；后者是指除了在源节点和目的节点以外,在整个光路上都以光信号进行传输,因此具有较短的hop距离，其与生俱来的透明度使其成为骨干网应用中非常有吸引力的技术。对Single-Hop WDM网，中心或者有一个星型耦合器，或者有一个AWG，显然后者更加高效一些。而基于高速可调发射和接收的AWG （FT ^–FR^ AWG）Single-Hop网络可以简化网络结构，传输中的能量消耗也会明显降低。然而该技术发展并不成熟，本期JLT中，来自Arizona大学的研究者对该技术的发展和最新的研究给出了一个长达18页的详尽汇报，很值得一看。论文涉及了其自身三点有益工作：提出了分别式的MAC协议；对其网络单一及多点传送性能提供了一种概率模型；基于网络的虚拟缓冲模型，实现了较强的节点缓冲能力。
    二、系统与子系统：
    多次提到对高速传输光网络，由于色散、非线性及偏振的影响，误码率会明显增大，而另一方面，在动态可重构的光网络中，由于光路和外界环境的不同，连接条件和网络性能都可能实时改变。而实现脉宽可调系统则是解决这些问题的主要方法。本期来自JLT主编Alan E. Willner教授所在的研究组就展示了他们最新的脉宽可调系统，该系统成功对RZ调制性能进行了优化。其改变脉宽的手段主要是通过调节相位调制器的驱动电压和色散元件的色散值。该系统通过对单通道和4通道WDM系统传输进行测试，实验结果显示其系统可靠性比常规明显改善。
    随着网络比特率的不断提升，光网络监控系统的作用也越来越突出。网络监控的主要参数有两个，即误码率和品质因数。通常同步全光网络采样系统通过高精度的实时眼图可以同时对两个参数进行监控，急时发现色散，PMD等有害因素对信号的破坏。然而同步监控需要高精度时钟恢复，因此比特率越高，系统成本也就越高。本期瑞典Chalmers技术大学的研究者提出了一种准异步全光采样系统。系统不在需要时钟恢复的硬件设施，而改用基于采样信息的FFT技术，并对采样信号进行时钟平移，在软件上取代了时钟恢复的硬件功能，实现了一种准异步的采样监控。显然系统独立于调制格式，RZ和NRZ调制都适用，明显降低了成本，且增大了系统的灵活性。
已提到，随着通讯容量的提升，必然带来对系统越来越高的波长稳定要求。按照ITU标准，对50GHz频带间隔，以10Gb/s调制的WDM系统，可允许的波长漂移仅正负60pm，随着频带间隔降低和调制速度提高，这一数字要求甚至还会减小几个数量级。因此为了管理复杂的城域网络，服务提供者必须能监测每个波长的行为，在光层做频宽的调拨，在实体层次执行波长的路由控制，以便稳定波长，减少漂移。本期日本Furukawa电子公司的研发人员报导了其最新研制的符合工业标准的14脚蝶形封装的波长监控和稳定器件。其系统核心的WM模块由FP标准具、棱镜（分光用）、透镜、隔离器和DFB-LD、PD阵列等元件组成，其主要元件都固定在同一块热电冷却器上。特别，其固定的光学元件和可调的DFB-WM LD模块在装配中充分结合了低温焊接和YAG定位焊接的技术优势，且其WM模块和DFB-WM LD模块是分开的，这有利于系统对波长漂移和输出光纤耦合效率的变化及时做出响应，其能够保证50GHz甚至25GHz频带间隔的WDM传输过程里波长漂移小于正负5pm，系统非常适合下一代光网络应用。另外，该文做为技术性文章，详细介绍了系统工作原理和内部结构，详细阅读可以使做相关研究的朋友很有收获。
三、元器件：
1. 光纤光缆：在光纤拉制过程里，高拉丝速度能有效提高生产效率，降低制造成本，而且对光纤的质量也会有一定的好处。但是，提高拉丝速度要解决拉丝炉、裸光纤及涂覆光纤的冷却和光纤的涂覆等主要问题。此前,为了得到均匀、高同心度的涂覆效果，研究者已经开展了很多有益工作。本期Connecticut大学的研究者对不同工艺流程下涂覆层厚度的变化情况进行了深入研究，对涂覆材料选择、系统设计等提出了有益的改进方案，另外指出了要获得均匀涂覆应着重关注的工艺参数；西班牙Zaragoza大学的研究者则对阶变和渐变塑料光纤实现近远场均匀模式分布开展了有益的工作。
2.集成光器件：多次提到SOI材料是OEIC的首选，因此对SOI波导性能的改进一直都是研究热点，本期JLT加拿大科学院的研究者则对改善SOI脊形波导结构，降低偏振独立色散，减少双折射对器件的影响作了有益工作；而聚合物以其低廉的价格和易加工的特性成为另一种广受关注的光集成材料，本期Arizona大学的研究者使用光敏聚合物，紫外曝光，湿法刻蚀，制作了红外低吸收的波导，其1.55微米附近的传输损耗为0.4dB/cm，已接近了玻璃波导；本期有两篇浙大的光集成研究文章，分别对M-Z级连型方向耦合器进行了优化设计和对一种重要的波分复用器刻蚀衍射光栅的偏振特性进行了分析。
3. 无源器件：对掺铒光纤放大器增益谱平坦化是研究的热点课题，而此前的方案基本都是使用过不同周期级连或啁啾的光纤光栅来优化实现。而本期中，悉尼大学的研究者提出了一种较新颖的方案，他们是用倾斜光栅级连，将EDFA增益谱的ripple降到了0.07dB的极低水平，且相对FBG实现了更低的PDL和更低的回损；柏林科技大学的研究者使用两个AWG级连，并在其焦平面放置一具有抛物线相包的透镜，通过改变相位分别而改变器件色散大小，实现了一个色散动态补偿器。
4. 有源器件：剑桥的研究者基于对克尔透镜锁模Cr4+–YAG飞秒激光器进行频谱切分操作，制作了适合WDM应用的光源，其有效谱宽达40nm，在对总传输容量32×40.64Gb/s的WDM系统应用实测中，品质因数达到了8－13左右；放大器方面，上交大设计制作了一L-band 全光增益箝制的双通EDFA，其通过一个环形器将一interleaver输入端和奇数输出端连接，从而形成一个激光环形腔以进行增益箝制，偶数输出端则被用于放大信号输出，利用其双通结构和FBG可以有效抑制自发辐射噪声，明显改善了增益效率；同在本期JLT，Cincinnati大学的研究者则对掺铒波导放大器的光学特性作了深入的分析；波长转换方面California大学的研究者在InP基底上将多个MZI-SOA和一SGDBR激光器集成在一起，制作了一单片集成，高消光比，有信号预放功能的波长转换器，其可转换的谱宽达50nm，是现有报导里少有的宽转换谱。(浙江大学 宋军博士)