06年01月JLT：OFC2005专刊

    02/28/2006,每年的第一期JLT都是上一年度OFC的专刊，JLT主编会邀请去年OFC的组织者做专刊的特邀编辑，摘选当年OFC最具代表性的优秀论文，论文选择力求涵盖各分会主题，反映当年光通讯技术动向。从论文选择结构来看，05年OFC关注的技术主要有：孔洞光纤、环形谐振器、波长转换、可调激光器、光突发传送、正交相移键控调制格式等。当然传统的OFC热门主题，如高速光网络、PON、色散补偿等也必然少不了。这次的评析就将面向05OFC关注的技术细节开展。

1.孔洞光纤：
    孔洞光纤（Holey Fiber），又称光子晶体光纤，通过光纤横截面周期性微孔设计，可以实现大数值孔径单模、低弯曲损耗传输。NTT在新一代光互联网络技术运用领域表现出色,其布线施工成本低且迅速、弯曲性能优异的孔洞光纤，拥有居世界领先地位的技术,在光子晶体领域一直开展着引导世界潮流的研究开发。目前孔洞光纤应用上主要有两个难点，一是光衰减较大（因此传输损耗明显大于通常的单模光纤）；二是较长的孔洞光纤工艺上很难实现。本期专刊有一篇NTT研究者的相关论文，其报导内容有三个显著技术特点，一是其孔洞光纤传输损耗低，在1550nm波长达到0.3dB/km，已经接近通常的商用单模光纤（0.2dB/km左右），其瑞利散射系数也是有报导以来最低的；二是实验距离长，达到100km；三是第一次实现了使用孔洞光纤，以光孤子的方式传输，其传输速率是10Gb/s。
除了传输媒介外，孔洞光纤另一个受关注的应用领域是非线性，利用专门的微孔设计，孔洞光纤可以实现非常高的非线性度。专刊里有一篇来自Southampton大学的相关研究论文。其制作材料使用了自身非线性特性较好的硅酸铅玻璃，以这种材料制作的孔洞光纤，非线性度达到了1860/W/km，这是有报导以来最高的光纤非线性度（通常硅酸铅玻璃的非线性度仅有70/W/km）。然而对非线性光纤的应用，控制光纤色散也同样重要，因此作者通过对微孔进行调节，适当降低非线性度，实现了谱宽1000nm的超连续发射。

2. 环形谐振器：
    环形谐振器最早应用于微波领域，通过环形谐振腔的谐振效应来上下载相应的谐振波。当平面光波导集成工艺日益成熟后，该结构以其尺寸紧凑、结构简单、共振线宽窄等优点而被广泛应用于光网络的可调滤波、光交换、信号调制等场合。本期专刊有一篇来自北美著名电信运营商Telcordia Technologies公司的相关研究论文，利用环形谐振器超高的共振频率精度，作者制作了可编程的光信号相位调控芯片，可以对应用在WDM、OCDMA等多种接入方式的信号编解码。在OCDMA应用上，该芯片能最小化编码信号的谱宽，因此能实现系统最大化的频带使用率。并且能使系统可重构性增强，利于与WDM等接入方式兼容。
    OFS公司的OFS实验室，继承了前贝尔实验室的深厚研发基础，在光纤﹑光纤连接器﹑带状光缆﹑掺铒光纤﹑拉曼光纤激光器﹑非零色散位移光纤等光纤器件研究制作上，具有明显的技术领先优势。本期专刊就有一篇OFS利用光纤制作环行谐振器的报导，论文介绍了微光纤环状谐振器（MLR）的理论与制作工艺。其制作上基于二氧化碳激光器间接加热1微米直径的微光纤，实现双拉锥形变。通过该技术制作的MLR，品质因数高达12万，这样的器件可用于超高速调制和光纤传感等领域。

3.波长转换：
    在光交叉互联应用中，为了避免波长争用，需要一种能把带有信号的光波从一个波长输入转换为另一个波长输出的器件，通常我们称这种能实现光波长的再利用和再分配的器件为光波长转换器。而全光波长转换被认为是继光交换技术以后电信产业面临的下一个主要的技术挑战。可用于波长转换的技术很多，然而目前最受关注的还是利用非线性效应来实现波长转换。
    本期专刊，Bell实验室的研究者将半导体光放大器和高速可调多波长激光器单片集成在一块InP芯片上，制作了可对40Gb/s信号载波波长转换的可调波长转换器。其实验显示了对8个通道的波长转换，无误差的转换在亚纳秒的时间内完成。作者还探讨了其高速转换器在可调光交换和分组路由等方面的实际应用问题；荷兰研究者则报导了基于160Gb/s调制速率的无误差波长转换，其主要结构还是基于一个恢复时间少于90ps的半导体光放大器。很新颖的一个部分是在放大器输出端连接的一个光带通滤波器，利用该滤波器滤波波长的蓝移效应，可将器件恢复时间缩短至3ps。其余元件例如尾纤等都是商用元件，其器件很方便单片集成化。

4.可调激光器：
    可调谐激光器是有源部分最广受关注的技术，是解决目前系统设计商们面临的众多问题，极大提升光网络效率的根本。就光网络研发而言，实现动态可重构是我们的目标，使用可调谐激光器可简化生产后勤以及仓储管理，同时还使各种创新和灵活的设计成为可能。本期专刊，一篇来自JDS U的报导就关注了光网络里的可调激光器。作者Edmond J. Murphy博士为JDS U器件和模块group的首席技术执行官，因此论文深刻的论述了现有不同公司（Agility、Bookham、Syntune、Fujitsu、NTT、Santur等）可调谐激光器的研发现状和技术难点。特别的，我们应关注Murphy博士从器件制造商的角度为我们提供的未来三年可调激光器可达到的性能指标，这对我们开展新一代网络设计很有参考价值，该预期指标为：输出功率大于13dBm，调谐速度1-10ms，调谐波长范围C+L频带，不同波长功耗变化0.1-0.5dB。

5. 光突发传送：
    Stanford大学的研究者基于光突发传送（OBT）技术，实验实现了针对WDM环状拓扑网络的业务梳理操作。其针对光网络特征，兼容了传统的IP业务，能对突发性积聚数据包及时梳理，降低了网络终端成本。通过声光可调滤波器（AOTF），对网络动态控制，可以在MAC协议层完成一系列控制信号的交换操作。如遇到突发数据包，调度程序会在它到达接收端前发现它，并通知AOTF，调节合适波长通道接收突发数据。当然如果AOTF暂时被占用的话也会得到及时反馈。

6. 正交相移键控（QPSK）调制格式：
    相移键控（PSK）是通过改变发送波的相位来调制信号的，不同的相位代表不同的数据，其最简单的形式为，利用信号对两个同频、反相正弦波进行控制、不断切换合成调相波。如果对PSK概念进一步延伸，可发现载波应该能够承载任意数目的相位信息。正交相移调制(QPSK)就是基于这样的延伸。利用QPSK，载波可以承载四种不同的相移(4个码片)，每个码片又代表2个二进制字节。显然如果把QPSK技术用于信号调制上，可以立即将带宽效率提高四倍。也正是因为这种原因，QPSK在高速光网络运用上得到了广泛关注。
    本期专刊，东京大学的研究者基于相位零拍探测的方法，研究了QPSK格式信号的相干光接收技术。为了解决载波的相位漂移问题，作者通过DSP对零拍探测的信号相位进行预估，这样作可以明显改善误码率和探测的灵敏度；Bell实验室的研究者则使用一个4×4的星型耦合器成功对40Gb/s的QPSK格式信号实现了解调；荷兰的研究者则聚焦于QPSK格式信号在长距离传输过程里受到的非线性影响，使用光学位相共轭镜的方法，消除了信号形变；Northwestern大学的研究者则通过对QPSK格式信号的0和1有区别的放大，有效提高了品质因数。

7.无源光网络（PON）：
    两篇有关无源光网络的文章分别是来自英国电信BT的GPON和三星的WDM-PON。其中BT关于GPON的研究出发点其实很简单，就是结合了DWDM技术，将GPON的工作距离提高到了135km，其网络上行和下行速率分别达到2.488Gb/s和1.244Gb/s；而三星网络部报导了其C+L段的双向WDM-PON，其研究中心旨在降低网络成本，主要技术特点为：使用“无色”化操作，即使用宽带光源，以种子的形式注入到发射端，这样每个发射器都与波长无关，可以以任意波长发射；在发射和接收端各放置一个40通道100GHz频带间隔的AWG，用于双向工作，其系统上行波长使用C波段，下行使用L波段。

8.色散补偿：
    在以前的评析中，多次提到对高速的光网络系统色散补偿的重要性，从历届的OFC来看，色散补偿也一直是一个很热门的话题。本次专刊对chromatic色散、模间色散和PMD的三类最重要的色散形式，都有相应的论文。Bell实验室报导了其针对40Gb/s通讯系统的可调色散补偿器，补偿范围在正负500ps/nm以内。其补偿器主要元件是具有高空间色散度的波导光栅结构，其末端连接一个表面结构可调的柱面镜，通过表面形状的变化可以改变信号波前，进而对相位进行调节；Bell的另一项研究则是靠对信号波长进行跟踪的方式色散补偿，实现了5100ps/nm的补偿能力；此外Purdue大学的研究者则通过使用液晶阵列，实现了PMD的良好补偿效果。
(作者：浙江大学宋军博士)