06年02月JLT光通讯论文评析

一、光网络与系统：
1. OCDMA技术：
    具有操作灵活、协议简单、保密性好等诸多优势的OCDMA技术已经保持了一年多的研究热度。但从今年的研究来看，研究焦点已经逐渐转向某些技术细节，这也暗示了该技术正逐渐走向成熟：（1）对OCDMA系统，ON-OFF键控是最常使用的编码方式，如用户要发射信号“1”，则依靠分束器或延时器将一个光脉冲嵌入到一帧的相应码片位置，因此在接收端必须要使用光相关器，以让信号能从时间偏移序列中区分出来。本期日本Keio大学的研究者对相关的编解码过程作了改进，首先为了增加单位脉冲可承载的信息量，作者考虑使用了脉冲幅度调制（PAM）技术。考虑到OCDMA系统接收端在使用了光相干器后，多接入干扰会严重恶化系统性能的不利因素，改用基于阈值探测的码片接收器，进而在降低多接入干扰的同时，也增强了PAM与码片接收间的协作能力。总的来看使用作者建议的系统能够在降低OCDMA系统误码的同时，也有效地增加系统信息容量。（2）适用不同用户需求，进而使用多比特率发射，显然可以增强OCDMA系统的灵活性，目前已经有一些技术方案可以实现多比特率发射，如变化码长、使用多段码、快速跳频等。但限于误码率、功率控制等因素，这些方案在实用中都很难推广。本期芬兰的研究者基于对系统扩频码的优化选择，意欲获得同时支持多比特率发射和满足多重QoS需求的系统工作方式。正交码是光通讯较长使用的码型，而对OCDMA系统，光正交码（OOC）是最直接的正交码形式。简单的说就是要实现一系列具有低相关系数的0、1序列，显然在OOC设计的时候，最需要考虑的就是序列码间的自相关率和互相关率。本文作者的思路很简单，就是通过采用长度变化的码序列来满足多比特率发射的要求，而通过使用单位长度容量变化的码序列来满足多重QoS的要求。然而其OOC码序列的具体生成过程却相当复杂。总的来看其技术的优势是不需要对系统硬件进行任何改动，劣势是对编解码以及光交换过程具有较高的要求。
    2. 单光纤双向传输：
    目前光纤在实际应用中总是成对使用的，一根用于信号发送，另一根用于信号接收。当然让发送接收信号同时在一根光纤里传输是光网络应用的目标，这样可以有效降低传输成本。但通常单纤双向传输很难操作，特别对WDM网，当双向信号具有相同波长的时候，在雷利或菲涅耳散射效应作用下，会引起较强的相干串扰，接收端误码率也会明显上升，本期有两篇来自NTT的相关研究：（1）立足于对单纤双向工作系统作改进，在网络终端使用多层薄膜滤波器，在网络单元使用相位调制器（其调制频率与传输比特率一致），靠优化使用这两类关键器件，可以有效降低后向散射，进而降低双向传输的相干串扰。需要注意的是该系统必须保持相位调制信号与信号本身的相位同步，否则由于光纤色散的影响，信号质量会随传输距离增加迅速退化。作者针对设计的系统使用10Gb/s信号做测试，显示后向散射至少降低了17dB左右，传输一段距离后，眼图效果仍很好。（2）另一项研究旨在分析对这样的单纤WDM系统，后向反射对信号传输的影响程度究竟有多大，作者将后向散射的来源归纳为来自连续波光源和来自上载信号两类，并证明上载信号的后向散射会随着每个网络单元光增益的增大而增强，这个结论是以往的文献里没有的。
    3. 光交换：
    （1）光组播一个较容易实现的方式就是采用WDM技术，这样在实现点对多点发送的同时，也为系统提供了足够的带宽和良好的透明度。采用了WDM技术的组播最常遇到的一个问题就是组播用户数时常可能超过可利用波长数。相对于这种面向连接的方法，本期大阪大学的研究者提出可以利用光标签交换来实现组播。从实验来看，作者将待组播数据包最前面加一个标签，通过对标签进行识别，可以对后面的数据包进行快速复制和交换，特别的其采用了可重构的矩阵式交换模式，只要增加标签字节长度，就可以轻松提升组播用户数目。（2）在光交换过程里经常需要进行波长转换。通常的波长转换系统都是由多个具有大带宽的可调波长转换器组成的。新加坡国立大学的研究者指出这造成较大了的浪费，为了节省成本，其提出了两层波长转换系统，第一层只使用针对某些部分波段的部分“波长转换器”（这种器件价格上相对便宜），而第二层仍使用大谱宽的波长转换器，当有波长转换要求的时候先选用第一层操作，如不在转换范围，或响应忙再使用第二层器件。但作者这样的做法显然在降低使用器件成本的同时，却让系统控制成本和复杂度增加了。
    4. 网络性能分析：
    （1）山东大学的研究者分析了PMD补偿系统里，PDL对偏振度的影响，指出PDL只有在存在PMD时才起作用，而在同时存在PDL和PMD的时候，偏振态既依赖于两个矢量大小，又与输出信号的偏振组成有关。（2）了避免网络阻塞，必须要预先对可能引起阻塞的因素做出及时判断，引入相应的均衡机制，受限路由就是很重要的一种，它能在网络上均匀分配业务，提高网络利用效率，达到避免拥塞的目的。受限路由除考虑了路径上的跳数以外，还综合考虑了其他因素，如QoS要求、网络资源状态、信号退化等。要开展受限路由，最重要的是要对各种网络物理机制做出快速而又精确的评估，本期来自德国的研究者就对以往引起网络传输性能恶化的因素作了近似分析，推出一套简便的数学公式，很适合受限路由应用里对非线性等效应做出快速判断。（3）三星的研究者分析了PDL、PMD、色散等因素对限幅光谱非相干光源的影响作了分析，指出使用增益饱和的SOA能有效降低来自于自发辐射的强度噪声，但这种效果会随着PDL、PMD、色散等量的增大而明显变差。
    二、无源器件：
    1. 光纤与光缆：
    国际上光纤预制棒制造工艺主要有外部汽相沉积法(OVD)、改进化学汽相沉积法(MCVD)、 汽相轴向沉积法(VAD)、等离子体化学汽相沉积法(PCVD)等四种。本期巴西的研究者研究了VAD工艺中沉积表面性能与锗掺杂轮廓间的关系。作者指出，单纯的靠控制直径大小并不能保证获得好的性能，几个额外的参数必须被考虑，例如必须保证沉积表面底部到参考高度的轴向距离变化小于预定值的3％。
2. 集成波导材料：
    （1）SOI材料由于包层和芯层具有非常大的折射率差，因此对光束具有较好的约束力，但由于衬底泄漏和端面粗糙的影响，该材料比起通常的二氧化硅波导具有更大的传输损耗。本期法国的研究者同时考虑了两类损耗源，对SOI波导的传输损耗作了分析。指出损耗的大小强烈依赖于端面尺寸以及操作波长的大小。（2）SOI材料受关注是因为可以实现光电集成，而聚合物材料受关注则是因为材料便宜，工艺简单。本期日本Tohoku大学的研究者利用热可塑树脂为原料，采用硅树脂做模子进行热压制，工艺过程就像我们通常做砖头一样，可以方便的制作出各种结构简单的大孔径波导器件，并且这种聚合物波导易于和塑料光纤直接耦合，损耗大致仅为1.6dB。
    3. 光开关：
    （1）Bell实验室的研究者使用一个柱面透镜和一个1×M的MEMs反射镜阵列制作了面阵集成光开关。原理很简单，让反射镜阵列方向与柱面镜轴向平行，利用柱面镜只对垂直轴面的光聚焦的特点，可以将反射镜阵列看做M个独立的小反射镜来用。这样如果在每个小反射镜所在截面方向放置N根光纤，依靠反射镜转角来改变聚焦点位置，可以起到类似于N×M的光开关面阵的作用。（2）台湾大学的研究者面向WDM应用，制作了波长选择型光开关面阵。作者使用的是一个4f光学系统，在一个透镜的两侧焦点处分别放置了一个光栅和一个MEMs反射镜，输入光纤的多波长复用光经光栅衍射后被透镜准直，不同夹角的多波长平面光被反射镜反射后，经透镜聚焦到相应的输出光纤阵列。靠旋转微反射镜，可以让不同波长的光由不同光纤输出。（3）香港城市大学的研究者利用聚合物材料，制作了可以覆盖整个C波段的光开关。基本原理是在垂直传输方向上，分上下两层制作两根波导，两根波导垂直方向上有一段间隔（不相交），而水平方向则相交，有一个很小的夹角。上层波导的包层镀了电极。如不加电压，两波导芯层折射率不同，因此彼此不会有耦合，光直接通过，当加电压后，可调节两波导折射率至相同，这样光可在两根波导间交叉耦合。测试中，开关对光纤直通状态损耗约1dB，交叉状态损耗约2.5dB。(作者 浙江大学 宋军博士)