05年12月PTL光通讯论文评析

12/21/2005，一、光网络与系统：
在WDM-PON里，色散补偿是一个重要的课题，通常需要对系统色散进行有效的测量，然后在末端使用长度合适的色散补偿光纤。这样做一方面增加了运营成本，另一方面网络灵活性大大降低。因此许多研究者致力于覆盖整个C波段的动态色散补偿研究。本期来自德国的研究者报到了其针对90km左右的40×40Gb/s的WDM网，使用一多通道热光调节的Bragg光栅，对全部通道实现了色散的动态补偿，这是有报导以来第一个成功实践的同类系统。通过热调节，系统色散补偿能力可以在-700ps/nm到-1600ps/nm之间变动，同时对色散及其斜率进行补偿。大家可以看到其使用原理和器件都非常简单，因此系统具有较高的性价比。
当使用标准单模光纤和商用的电吸收调制器，在没有任何色散补偿的情况下，10Gb/s的信号究竟可以走多远呢？此前这个数据一般维持在80km－130km左右。最近，很多研究者使用最大相似性序列评估(MLSE)进行信号后修复或者前向纠错，已经可以让这一记录提高到300km以上。所谓MLSE算法，其实就是一种信息包波形，通过所有信息包的位图，选择最好位图作为检测信息包的位元来匹配检测。本期来自加拿大的一项研究则再次将这一传输极限提高到了960km，显然这对减少器件投入，降低运营成本相当有利。其实原理很简单，就是通过对发射机进行色散预补偿，其补偿能力达到了17，245 ps/nm。实现方式上是通过控制发射机的光场分布，以便在远场产生MLSE波前。
交换路由方面：英国Bristol大学的研究者使用40Gb/s的有效载荷和2.5Gb/s的偏振漂移键控标签，实验显示了一正交标签的光标签交换方案，彻底消除了有效载荷和标签间的调制串扰，交换损耗也非常低，对标签和信息这一数据分别为0.6dB和0.15dB；NEC的研究者也通过正交调制方案将载荷和标签同时调制到同一载波上，作者使用光谱处理技术显示了其技术在WSK调制格式上的应用，其消光比和信噪比等参数都相当优越；Columbia大学的研究者显示了其有关光分组交换的注射控制模块，该模块能有效解决交换中的竞争问题；Columbia大学的另外一项研究基于SPINet构建了新颖的光分组交换系统，由于工艺依赖于光子集成，因此不能使用光纤延时线的元件，该系统已经成功应用于了16×10Gb/s网络的路由，并通过物理协议的改进，成功消除了信息下载引起的功耗，误码率也维持在了10.^-12以下。
再来看调制发射系统上：香港中文大学的研究者借助于一个双驱动的MZ强度调制器，和一个相位调制器，实验上实现了一个非常新颖的光调制器，可以在10Gb/s的归零反转码基础上再添加上一10Gb/s的DPSK信号，实现了一种新颖的高速发射；California大学的研究者实验显示了其10Gb/s的双二进制码发射，并且靠优化发生器的低通滤波器模块，既实现了好的接收灵敏性，也改进了色散公差；台湾交通大学的研究者也对双二进制码调制方式做了改进，使用一个相位调制器改善了自相位调制公差，并实验显示了信号能在230km的单模光纤上成功传输；Purdue大学的一项研究也非常新颖，他们通过对一个波长可调的锁模激光器进行光谱的行-行脉冲形状控制，实现了波长从1532nm到1562nm，脉宽从3ps到50ps的可调RZ脉冲发射，此外在不需要任何脉冲复制器的前提下，还是依靠同一技术，作者还实现了从RZ到NRZ的格式转换，可见系统具有多功能应用的潜力；此外日本Furukawa电子公司的研究者也报导了其重复率和波长可调的皮秒脉冲发射器，特别其重复率可调的原理很新颖：先生成15ps左右的种子脉冲序列，然后用一段长4.2km的梳状光纤做脉冲压制，可以将种子脉冲脉宽压缩到1ps以下。
长距离通讯过程里，由于非线性效应的累计作用，往往会让信号质量严重恶化，特别对具有OADM、OXC等复杂功能的网络，这样的影响尤为强烈。本期希腊研究者的一篇相关论文很有实际意义。作者在OADM操作的同时，结合周期性滤波，发现可以有效抑制脉冲展宽，进而压制了非线性，尤其是SPM效应，从而在满足网络功能拓展的同时，也降低误码几率，可谓一举两得的好事，这样的研究当然是第一次。
OCDMA方面的研究：California大学的研究者实验显示了其基于时间/波长码的非相干OCDMA系统，系统可以维持16用户，且每用户以1.25Gb/s的速率工作，并维持误码率在10.^-11以下。在对系统性能进行综合测试后作者得到一个重要结论，即发生在信号和多址干扰间的相干拍频噪声是恶化系统性能的关键因素；巴西的研究者对WDM和OCDMA的混合网络进行了研究，认为PMD引起的网络阻塞主要依赖于码的长度等相关参数。
PMD效应方面：AT&T实验室的研究者将一个单个的偏振旋转器放在WDM网络的不同位置，可以实现宽带多通道的PMD消除，该研究还是非常新颖的，可谓一个操作简单，效果显著的消除PMD方案；Maryland的研究者则对PMD效应提供了一些理论分析，作者证明使用多重点采样的方法，分三段进行PMD补偿，可以有效的消除一、二级的PMD；英国Queen大学的研究者则研究了PMD对以DPSK格式信号工作的系统的破坏，并证明如果在电子均衡和带宽优化之间做一个好的折中，是可以有效消除PMD对该系统的影响。
二、有源器件：
半导体激光器：适合WDM-PON的光源已经出现了很多，但真正性价比高的并不多，在一年来的评析当中，大家也许也注意到了一些综合性能相当优异的研究成果。本期介绍的韩国的一个相关研究比起先前优秀成果，一点也不逊色，其核心思想是将FP-LD镀了抗反射包层，利用注入光在两个抗反层上的交互作用，实现了低强度噪声，大带宽的辐射。特别地在使用外腔限幅光谱注入后，可以实现波长独立的发射，且FP-LD制作成本非常低，因此器件性价比很高，这对WDM应用非常有优势；德国的研究者则针对可调激光器在波长调节时的某些具体特性进行了分析，特别考虑了激光腔前后反射面对光源发射的影响，认为由此引发的非故意的干涉会大大削弱波长的调节能力。同时作者通过实验证明，如果良好的选择波长调节光栅和腔面间的间隔，可以很好的抑制这些不利影响。
光纤激光器：比利时的研究者制作了可从1552.6nm到1555.8 nm，以0.8nm为间隔，波长连续可调的光纤环状激光器，激光器性能完全能满足100GHz的WDM应用，其波长可调的机理是使用一个采样FBG和一个增益饱和吸收器构建了一个Lyot滤波器，从而可以对输入信号产生偏振旋转效果，进而在波长调节后可以实现功率6dBm，信噪比超过60dB的单频输出；Southampton大学的研究者报导了其最新的单频带内泵浦连续波DFB光纤激光器，其发射波长在1836nm，功率5mw，作者再通过主振动器功率放大，可以实现345mw的输出；西安光机所的研究人员对四波混频的自稳定效应进行了深入理论分析，并利用该效应制作了多波长掺铒光纤激光器，在室温下，激光器的输出具备了良好的稳定性和均匀性。之所以稳定性好，主要是因为激光输出在四波混合的自稳定作用和掺铒光纤激光器中的模式竞争效应之间取得了良好的平衡。
其它有趣的有源器件还有：国立新加坡大学的研究者基于全内反射时的光衰减机理，采用MEMs工艺制作了平面集成可调光衰减器阵列，性能非常优异，插损小于0.8dB，PDL小于0.3dB，后向反射少于50dB，可调光衰减范围也超过了50dB；Bell实验室的研究者基于一系列的干涉计和可调透镜制作了波长独立的可调色散补偿器，可以实现460ps/nm的色散调节范围；韩国的研究人员制作了低偏振敏感性的声光可调的窄带滤波器，其器件主要基于一根色散补偿光纤，该光纤特征在于包层和芯层具有较大折射率差，且具有特殊的应力分布，这些适当的残余应力据作者分析对于补偿偏振的影响非常有利；Bell实验室的另一项研究是基于一迈克耳逊干涉仪结构制作的热光解调器，可以对C＋L带的任何OC-768 DPSK信号进行解调。
三、无源器件：
基于SOI材料的集成器件：上海微系统所在SOI集成器件的研究方面近来已有很多成果发表在PTL和JLT上，本期又有一篇报导是关于使用SOI非对称脊形波导结构制作39×39的星型耦合器的。整个器件尺寸大约1平方厘米，中心波长插损大约在1.3dB左右，通过合适的设计可以实现单模工作，该星型耦合器结构也可用于AWG的设计；比利时的研究者也基于SOI材料，利用紫外深光刻技术，制作了波导对光纤的渐变耦合器，通过实验测试，该器件可以让590nm宽的波导对标准单模光纤的损耗低于1.9dB。
基于聚合物材料的集成器件：德国的研究者对MIMIC工艺做了改进，消除了在制作聚合物波导时固有的端面不平整，损耗大等劣势，并用其改进的工艺制作了基于聚合物材料的性能优越的微透镜；香港城市大学的研究者基于聚合物材料制作了具有平坦谱响应的结构紧凑的梳状滤波器。
05年12月PTL光通讯论文评析
一、光网络与系统：
在WDM-PON里，色散补偿是一个重要的课题，通常需要对系统色散进行有效的测量，然后在末端使用长度合适的色散补偿光纤。这样做一方面增加了运营成本，另一方面网络灵活性大大降低。因此许多研究者致力于覆盖整个C波段的动态色散补偿研究。本期来自德国的研究者报到了其针对90km左右的40×40Gb/s的WDM网，使用一多通道热光调节的Bragg光栅，对全部通道实现了色散的动态补偿，这是有报导以来第一个成功实践的同类系统。通过热调节，系统色散补偿能力可以在-700ps/nm到-1600ps/nm之间变动，同时对色散及其斜率进行补偿。大家可以看到其使用原理和器件都非常简单，因此系统具有较高的性价比。
当使用标准单模光纤和商用的电吸收调制器，在没有任何色散补偿的情况下，10Gb/s的信号究竟可以走多远呢？此前这个数据一般维持在80km－130km左右。最近，很多研究者使用最大相似性序列评估(MLSE)进行信号后修复或者前向纠错，已经可以让这一记录提高到300km以上。所谓MLSE算法，其实就是一种信息包波形，通过所有信息包的位图，选择最好位图作为检测信息包的位元来匹配检测。本期来自加拿大的一项研究则再次将这一传输极限提高到了960km，显然这对减少器件投入，降低运营成本相当有利。其实原理很简单，就是通过对发射机进行色散预补偿，其补偿能力达到了17，245 ps/nm。实现方式上是通过控制发射机的光场分布，以便在远场产生MLSE波前。
交换路由方面：英国Bristol大学的研究者使用40Gb/s的有效载荷和2.5Gb/s的偏振漂移键控标签，实验显示了一正交标签的光标签交换方案，彻底消除了有效载荷和标签间的调制串扰，交换损耗也非常低，对标签和信息这一数据分别为0.6dB和0.15dB；NEC的研究者也通过正交调制方案将载荷和标签同时调制到同一载波上，作者使用光谱处理技术显示了其技术在WSK调制格式上的应用，其消光比和信噪比等参数都相当优越；Columbia大学的研究者显示了其有关光分组交换的注射控制模块，该模块能有效解决交换中的竞争问题；Columbia大学的另外一项研究基于SPINet构建了新颖的光分组交换系统，由于工艺依赖于光子集成，因此不能使用光纤延时线的元件，该系统已经成功应用于了16×10Gb/s网络的路由，并通过物理协议的改进，成功消除了信息下载引起的功耗，误码率也维持在了10.^-12以下。
再来看调制发射系统上：香港中文大学的研究者借助于一个双驱动的MZ强度调制器，和一个相位调制器，实验上实现了一个非常新颖的光调制器，可以在10Gb/s的归零反转码基础上再添加上一10Gb/s的DPSK信号，实现了一种新颖的高速发射；California大学的研究者实验显示了其10Gb/s的双二进制码发射，并且靠优化发生器的低通滤波器模块，既实现了好的接收灵敏性，也改进了色散公差；台湾交通大学的研究者也对双二进制码调制方式做了改进，使用一个相位调制器改善了自相位调制公差，并实验显示了信号能在230km的单模光纤上成功传输；Purdue大学的一项研究也非常新颖，他们通过对一个波长可调的锁模激光器进行光谱的行-行脉冲形状控制，实现了波长从1532nm到1562nm，脉宽从3ps到50ps的可调RZ脉冲发射，此外在不需要任何脉冲复制器的前提下，还是依靠同一技术，作者还实现了从RZ到NRZ的格式转换，可见系统具有多功能应用的潜力；此外日本Furukawa电子公司的研究者也报导了其重复率和波长可调的皮秒脉冲发射器，特别其重复率可调的原理很新颖：先生成15ps左右的种子脉冲序列，然后用一段长4.2km的梳状光纤做脉冲压制，可以将种子脉冲脉宽压缩到1ps以下。
长距离通讯过程里，由于非线性效应的累计作用，往往会让信号质量严重恶化，特别对具有OADM、OXC等复杂功能的网络，这样的影响尤为强烈。本期希腊研究者的一篇相关论文很有实际意义。作者在OADM操作的同时，结合周期性滤波，发现可以有效抑制脉冲展宽，进而压制了非线性，尤其是SPM效应，从而在满足网络功能拓展的同时，也降低误码几率，可谓一举两得的好事，这样的研究当然是第一次。
OCDMA方面的研究：California大学的研究者实验显示了其基于时间/波长码的非相干OCDMA系统，系统可以维持16用户，且每用户以1.25Gb/s的速率工作，并维持误码率在10.^-11以下。在对系统性能进行综合测试后作者得到一个重要结论，即发生在信号和多址干扰间的相干拍频噪声是恶化系统性能的关键因素；巴西的研究者对WDM和OCDMA的混合网络进行了研究，认为PMD引起的网络阻塞主要依赖于码的长度等相关参数。
PMD效应方面：AT&T实验室的研究者将一个单个的偏振旋转器放在WDM网络的不同位置，可以实现宽带多通道的PMD消除，该研究还是非常新颖的，可谓一个操作简单，效果显著的消除PMD方案；Maryland的研究者则对PMD效应提供了一些理论分析，作者证明使用多重点采样的方法，分三段进行PMD补偿，可以有效的消除一、二级的PMD；英国Queen大学的研究者则研究了PMD对以DPSK格式信号工作的系统的破坏，并证明如果在电子均衡和带宽优化之间做一个好的折中，是可以有效消除PMD对该系统的影响。
二、有源器件：
半导体激光器：适合WDM-PON的光源已经出现了很多，但真正性价比高的并不多，在一年来的评析当中，大家也许也注意到了一些综合性能相当优异的研究成果。本期介绍的韩国的一个相关研究比起先前优秀成果，一点也不逊色，其核心思想是将FP-LD镀了抗反射包层，利用注入光在两个抗反层上的交互作用，实现了低强度噪声，大带宽的辐射。特别地在使用外腔限幅光谱注入后，可以实现波长独立的发射，且FP-LD制作成本非常低，因此器件性价比很高，这对WDM应用非常有优势；德国的研究者则针对可调激光器在波长调节时的某些具体特性进行了分析，特别考虑了激光腔前后反射面对光源发射的影响，认为由此引发的非故意的干涉会大大削弱波长的调节能力。同时作者通过实验证明，如果良好的选择波长调节光栅和腔面间的间隔，可以很好的抑制这些不利影响。
光纤激光器：比利时的研究者制作了可从1552.6nm到1555.8 nm，以0.8nm为间隔，波长连续可调的光纤环状激光器，激光器性能完全能满足100GHz的WDM应用，其波长可调的机理是使用一个采样FBG和一个增益饱和吸收器构建了一个Lyot滤波器，从而可以对输入信号产生偏振旋转效果，进而在波长调节后可以实现功率6dBm，信噪比超过60dB的单频输出；Southampton大学的研究者报导了其最新的单频带内泵浦连续波DFB光纤激光器，其发射波长在1836nm，功率5mw，作者再通过主振动器功率放大，可以实现345mw的输出；西安光机所的研究人员对四波混频的自稳定效应进行了深入理论分析，并利用该效应制作了多波长掺铒光纤激光器，在室温下，激光器的输出具备了良好的稳定性和均匀性。之所以稳定性好，主要是因为激光输出在四波混合的自稳定作用和掺铒光纤激光器中的模式竞争效应之间取得了良好的平衡。
其它有趣的有源器件还有：国立新加坡大学的研究者基于全内反射时的光衰减机理，采用MEMs工艺制作了平面集成可调光衰减器阵列，性能非常优异，插损小于0.8dB，PDL小于0.3dB，后向反射少于50dB，可调光衰减范围也超过了50dB；Bell实验室的研究者基于一系列的干涉计和可调透镜制作了波长独立的可调色散补偿器，可以实现460ps/nm的色散调节范围；韩国的研究人员制作了低偏振敏感性的声光可调的窄带滤波器，其器件主要基于一根色散补偿光纤，该光纤特征在于包层和芯层具有较大折射率差，且具有特殊的应力分布，这些适当的残余应力据作者分析对于补偿偏振的影响非常有利；Bell实验室的另一项研究是基于一迈克耳逊干涉仪结构制作的热光解调器，可以对C＋L带的任何OC-768 DPSK信号进行解调。
三、无源器件：
基于SOI材料的集成器件：上海微系统所在SOI集成器件的研究方面近来已有很多成果发表在PTL和JLT上，本期又有一篇报导是关于使用SOI非对称脊形波导结构制作39×39的星型耦合器的。整个器件尺寸大约1平方厘米，中心波长插损大约在1.3dB左右，通过合适的设计可以实现单模工作，该星型耦合器结构也可用于AWG的设计；比利时的研究者也基于SOI材料，利用紫外深光刻技术，制作了波导对光纤的渐变耦合器，通过实验测试，该器件可以让590nm宽的波导对标准单模光纤的损耗低于1.9dB。
基于聚合物材料的集成器件：德国的研究者对MIMIC工艺做了改进，消除了在制作聚合物波导时固有的端面不平整，损耗大等劣势，并用其改进的工艺制作了基于聚合物材料的性能优越的微透镜；香港城市大学的研究者基于聚合物材料制作了具有平坦谱响应的结构紧凑的梳状滤波器。
（作者 浙江大学宋军博士）