2007年04月PTL光通讯论文评析

一、光网络与系统：
　　1．波分复用（WDM）：
    对WDM-PON最新的研究几乎全部面向一个共同目标——降低网络系统成本。最通常的手段有两个，一是提高波长重复利用率；二是设计在ONU减少，甚至不用光源的工作模式。本期Goergia理工的研究者结合了两个思路，以设计面向语音、视频、数据三重业务服务的WDM-PON。作者的构建的网络是一种结合了副载波复用调制（SCM）和光载波相位、强度调制的混合网络。利用2.5Gb/s的SCM信号来承载视频下行传输，同时利用光载波的相位调制实现单通道10Gb/s的下行数据传输，且该光载波在到达ONU时，解调后可直接在载波上再进行强度调制，以传输10Gb/s的上载信号。因此这是一个波长再利用设计，网络里只在OLT里使用光源，而ONU里实现了无光源化设计。测试显示对SCM传输的视频信号，传输20km后，功耗大约1.4dB，误码率可以维持在10-9左右。
    日本Tohoku大学的研究者实验显示了一基于光子晶体光纤（PCF）的4通道WDM-PON工作情况。作者认为PCF不需要普通光纤那样，靠芯层掺Ge来提高折射率，因此工艺相较普通单模光纤并不复杂，如果能够实现批量生产，PCF成本有望大幅下降。作者谈到PCF在850nm附近仍有相当低的损耗，这样如果基于PCF构建光网络，则可大幅度降低网络成本。原因是在850nm这个波段，既具有商业化成熟、价格低的VCSEL激光器作为光源，又有灵敏度高、响应快的商用硅探测器（如硅APD）。于是作者就使用这些商用元器件，以PCF做载体，实验研究了4通道WDM网络以单通道10Gb/s传输5km的工作情况。从测试结果来看，这样的系统将信号传输5km后，眼图眼开非常大，信噪比也能维持好于20dB。似乎实现了作者假设的目标，但关键问题在于作者对PCF成本有望大幅下降的这个假设是否真的容易实现，否则以当前PCF的高昂成本来看，如使用它作传输载体，其附加成本会远高于采用VCSEL光源和硅探测器带来的实惠。
    波长间隔小于50GHz的复用，被成为超密集波分复用（UDWDM）。而可调激光器（TL）则是在WDM网络里广受关注的元器件，因为靠动态调节发射波长，对提高网络灵活性，动态光交换、路由都非常有利。本期爱尔兰的研究者发表论文，旨在研究TL在UDWDM网络里应用的可靠性，通过测试，作者证明对波长间隔25GHz的复用，如果TL在实现到目标波长调节时，产生的波长漂移小于7.5GHz，都不会对应用产生大的影响。但同样的波长漂移对12.5GHz的复用就会产生致命影响了，这时候噪声平台几乎会将信号淹没。作者也证明通过增大TL向目标波长调节的时间可以有利于降低噪声，但调节速度的降低显然也会影响网络数据高速传输。
    2．光码分多址复用（OCDMA）：
    最近关于OCDMA的研究多集中于编解码实现方式以及系统运用上，以便提高传输速率、光谱利用率，并增加系统的保密性。
    M元扩频是OCDMA系统为了增加频带利用率，并提高抗干扰性而采取的技术手段。M元扩频又称为软扩频，是将基带信号的K个比特分成一组，从而形成一个K位的地址信号，总共有2k地址，每个地址对应一个伪随机码。使用的伪随机码的数目比直扩方式增加了2k－1个，码长增加了K倍，处理增益和抗干扰能力也相应提高。但设备复杂度也急剧提高。例如采用编解码器的数量就近似等于接入用户数与扩频阶数的乘积。本期来自日本NICT的研究者探讨了使用单个具有多端口的光编解码器实现M元扩频OCDMA编解码操作的可行性。作者的设施含N个端口，以便产生并处理N段相位漂移键控码。作者对直接M元扩频和M进制扩频两种方法进行了比较。证明随M的增大，当采用M元扩频编码时，误码率也会相应增大，但采用M进制编码，随M增大，误码率甚至会降低。但是当用户数量在增加时，采用M元扩频误码率几乎恒定不变，但对M进制编码，其误码率则会随着用户数增加快速增大。这暗示了仅使用一个多端口编解码器时，M元扩频很适合大用户量的网络使用。
    此外，台湾Kun Shan大学的研究者建议利用素数码在同一码序里的环形特性来消除OCDMA网络的多址干扰；Southanpton大学的研究者使用光纤光栅制作了具有连续相位分布的OCDMA编解码器，在不同的编解码过程里能够维持同样的折射率分布，因此这样的编解码器特别适用于可重构OCDMA网络应用；荷兰的研究者使用基于InP-InGaAsP材料的功分器、光交叉单元等无源器件设计制作了对OCDMA系统谱-强度编码的编解码器。
    3．微波光子学：
    RoF是利用光纤传输微波RF信号的技术，其利用了光纤高速大容量的特性，完成对现有无线通讯系统的升级。本期台湾交通大学的研究者指出，专门为RoF应用铺设光缆显然不经济，最好的办法是能对RoF和全光接入的FTTH混合组网，实现对波长和光纤的共享。其实类似的系统以往也有报导，但由于光纤色散作用，基带（BB）和RF的混合信号会随传输距离增加质量快速退化。有研究者建议采用色散漂移光纤来实现这种混合信号的传输，但显然这对已经铺设了标准单模光纤的光缆线路不适用。因此本期台湾交大的研究者结合了副载波调制和光载波强度调制，分布用来调制RF信号和BB信号。这样在传输距离达到50km后，测试获得两种信号的功耗都仅0.2dB，也没有观察到信号质量退化。
    4．系统性能：
    双瑞利散射（DRS）是指光信号经过一次瑞利散射后的再次散射，显然经过二次散射后的信号会与原光信号有相同的传输方向，会对信噪比造成影响。对通常的系统，DRS的影响并不明显。但DRS如果发生在分布放大器里，由于一次散射的信号被放大，而再次散射与信号同向后就会远远高于ASE噪声，急剧恶化信噪比特性。因此，对分布Raman放大系统，DRS是最主要的噪声来源。本期法国研究者就对这个问题做了探讨。作者证明当信号载波线宽远大于信号在放大器内发生瑞利散射频率时，DRB噪声将独立于信号和相应功率谱分布，呈现随机特性。同时作者也暗示，通常采用高斯近似算法对DRB影响估计时，都将灵敏度高估了1dB左右。
    此外，Central Florida大学的研究者证明通过对40Gb/s的RZ-DPSK信号做集中色散补偿（区别与分布补偿的概念）可以让信号获得比带间色散补偿更远的传输距离，这得益于这样的补偿可降低非线性效应的影响；而Aston大学的研究者则从数值上讨论了几种不同误码率计算方法面对某一特定问题的有效性。
二、无源器件：
    Pennsylvania State大学的研究者基于透射式的全息光栅制作了21通道的波分复用器。对基于体全息光栅的波分复用器，通常有反射式和透射式两种常用工作模式。反射式为短周期光栅，类似于FBG，靠Bragg反射对波长进行选择。而透射式光栅则为长周期光栅，仍按照不同波长具有不同衍射角的原理，靠角色散分光，再经过透镜汇聚，将不同波长光汇聚到不同的输出位置。这里作者选用的是后一个方案。靠用Nd-Yag激光器，以532nm波长光在光敏聚合物上全息记录光栅，并优化光栅周期，以最小化器件的偏振相关损耗。作者制作了一通道间隔100GHz，有21个通道的波分复用器，最大偏振相关损耗0.38dB，通道均匀度约0.495dB。
    韩国的研究者制作了面向粗波分复用信号监控使用的微结构光栅。作者先通过热处理，让光纤末端膨胀，然后在光纤末端表面上用飞秒激光器做精细雕刻，在光纤末端端面制作出类似光栅的结构。这段特殊处理的光纤可以在网络中通过耦合器下载信号，让部分信号光传输进该光纤，之后光在光纤末端由光栅作用发生衍射，根据衍射斑的变化，可以对信号质量改变做出判断。
    此外，瑞士的研究者制作了具有90°转折的波导对光纤连接器，器件基于V型槽基片，通过微细加工，集成了两个透镜阵列和一个45°反射镜。一般来说制作这样90°转角的连接器都是面向光纤阵列与VCSEL激光器互联的；Fujitsu实验室的研究者面向光互联应用，提出了一种芯片粘贴技术。通过在两块集成芯片间通过微细工艺插入一些聚合物柱子，可以让两芯片粘贴在一起。这类似于电路上的双层制板，可以通过使用45°镜来让光集成工艺从传统二维平面向纵向发展。
三、有源器件：
    本期有源器件的文章挺多，但和光通讯相关的则很少。主要有：Arizona大学的研究者通过使用两个VCSEL激光器，并外加三个反射镜，形成外腔调节，以便增强器件的动态调节范围，最终制作了具有33nm大调节带宽的激光器；Brion Technologies Inc.的研究者在同一芯片上混合集成了无源的聚合物波导，和镀有电极的电光聚合物数字光开关，可以实现对信号的可重构光交换；西班牙的研究者通过调节元件内光纤光栅的物理长度，进而改变腔长，可以实时的对掺铒光纤激光器的输出波长和Q值进行调节。
　　作者：宋军博士