07年05月JLT光通讯论文评析

一、光网络与系统：
1．链路故障保护：
    对高速WDM网络，光纤链路失效能导致网络业务信息传输中断，是导致系统可靠性降低的最关键也是最基本原因。因此，对WDM系统进行通道保护也成为网络设计的一个非常关键的环节。通常的链路故障保护大多针对单链路故障，从保护方案原理看，大致可分为专用保护和共享式保护两类，其中以后者网络资源利用效率高且系统结构有利于优化配置而得到普遍关注。然而也有很多研究者认为专用保护综合优势要高于共享式保护，因为其具有配置简单，故障恢复速度快等优势。本期Capital One的研究者就支持这种观点。对专用保护，对确定的失效业务需求对，需要一条工作路径和一条保护路径，但两条路径都处于工作状态，对工作波长，也有一路信号在保护路径里传输，以作备份信号。对于特定的失效业务需求对，作者采用贪心算法（greedy algorithm),将发生故障的信号尽量安排在离信号到达时间最近的，且还没有被占用的保护路径上。同时作者也提出了许多算法，对使用专用通道保护后，网络的可靠性和有效性做了精确评估。
随着网络速度、容量的不断发展，网络结构变得异常复杂。特别，近来视频和高清晰电视业务的快速推广应用，使得单纯的单链路保护不再满足系统需求。要实现更可靠的传输，并拥有较好的QoS， 双链路故障保护设计已经成为未来网络必须考虑的问题。本期瑞士的研究者对双链路故障的保护做了研究，首先作者提出了自己的连接可用性算法，它特别适用于共享通路保护。例如，对一个具有19个节点，28条链路的U.S.网络，作者认为可以用于通道保护的双向连接有171条。接着作者也对共享式和专用式这两种保护做了比较，作者认为两种保护方案从对网络可靠性提高程度上，并没有明显差别，但作者倾向采用共享式保护，同样因为其资源利用率高。
对链路保护，本期还有一篇意大利的论文，作者指出高效利用网络空闲资源是实现无故障传输的有效途径，例如对一个多层网络，在光学层传输的信息可以被IP层共享，这样在发生链路故障的时候可以在不同网络层间恢复连接。作者认为在同一个网络层内，可以在低阶路径准备期和动态恢复期充分利用高阶空闲路径做链路保护来进一步提高系统可靠性。如在低阶路径准备期和动态恢复期交替使用空闲高阶路径，则前者有利于改进网络规划，后者有利于增强网络存活性。
2．光交换：
    光突发模式交换（OBS）是WDM网络里路由突发信号数据包，合理解决竞争最有效的光交换技术。当前对OBS，影响系统性能最大的因素是交换损耗，对通常的OBS，交换损耗会随竞争点数量的增加而指数性增长。对一个具有20-30个节点的典型光网络规模，通常需要3到5个Hop，这样为了降低交换损耗，必须将发生冲突的概率降低到一个特定的水平，因此只能用降低系统负荷的方法来解决这个问题，对上述大小的网络，系统负荷必须维持在15%-30%左右。可见要改进OBS网络的资源利用率，降低交换损耗是至关重要的环节。本期希腊Athens大学的研究者对此做了一些探索性研究。这里作者依据“分治法”（一种数学处理算法，将问题分解为若干个规模较小的子问题，这些子问题互相独立且与原问题形式相同，递归地解这些子问题，然后将各子问题的解合并得到原问题的解），将骨干网络节点按照位置分割成若干个小“块”，“块”内允许信息的双向预约，这样可在单“块”内消除损耗，且来自多个“块”的信息载荷最终可恢复成数据包，通过“分”与“治”算法的优化，作者证明可以实现对OBS网络交换损耗、效率和成本的三重改进。
    日本National Institute of Informatics的研究者针对OBS网络，已经建议使用波长抢先（PW）的突发信号路由方案，这里对突发信号按优先权大小分配波长带宽，高优先权分配大的带宽，调度器单元对每个信号波长带宽进行监控，进而判断优先权，当高优先权的缓存信号没有合适的输出端使用时，将被重新列表。作者认为这样的PW方案能够对突发信息差别化对待，改善QoS。本期作者撰文进一步深入探讨了该方法，采用对突发信号单向预约的方式，在不增加光纤延时线的情况下，增加了可获得的延时时间。接着作者分别使用自己提出的方法，和传统的“提前丢弃算法”（ED）来对OBS突发信号路由做比较，证明他们的方法更有利于降低损耗概率，在改善QoS上也做的更好。
3．光传输：
    California大学的研究者设计制作了可调的共振滤波器。通过对无源波导部分周期性垂直方向刻蚀，可以让透射谱获得大的透射截止带宽，再将有源波导部分空间周期性刻蚀，当恰好让两个周期性结构错开四分之一波长的相位差时，在透射谱的截止带中央便出现一个非常窄的透射峰。依靠这个原理作者制作的共振滤波器具有非常窄的带宽，且滤波边缘截止带宽也非常大。通过改变有源区域的外光照射强度，可以进一步改变温度，进而改变共振滤波的位置。
    Arizona大学的研究者，对特定的长距离光传输网络，利用Monte Carlo算法评估了最大可获得的信息速率。评估过程分两步，首先利用“瞬子方法”近似获得传输脉冲的能量概率分布函数，之后再由获得的概率分布通过Arnold－Pfitser算法获得网络可传输的最大信息速率。通过作者的分析，网络最大信息速率与传输距离（或链路数量，每链路长度50km）和噪声强度相关。如强度噪声约8dB，链路数为200时，作者计算得到网络最大可获得的信息速率为0.937bits/channel左右。大的链路数量和大的噪声强度都会降低系统可获得的信息速率。
4．OCDMA：
    对OCDMA，在保证性能的同时降低系统成本和复杂性是近期研究的焦点。本期加拿大的研究者认为使用光纤光栅（FBG）实现光谱幅度光码分多址(SAC-OCDMA)编解码是降低成本最简单高效的方法。通过文献阅读，作者指出对SAC-OCDMA，可以通过使用最小互相关码、使用FBG发射、最小化防护频带三个途径来提高系统容量并降低成本。作者赞同这些结论，并围绕这三点来对SAC-OCDMA系统做改进研究。在码选取上，作者采用了互相关恒定的循环码，在FBG使用上作者通过变迹设计，优化光栅啁啾面形来最小化误码率。接着通过分析，作者指出对SAC-OCDMA，多址干扰(MAI)不是影响系统性能的核心因素，而影响系统性能的首要因素是相干拍频噪声，它是最大强度和相位噪声的起源。最后作者暗示他们未来的研究将致力于提高用户数量，以便和PON应用兼容，并将面向使用商用化元件来组网开展实验。
二、无源器件：
1．光纤光缆：
    在光纤制作过程里，有两种途径可以降低光纤的瑞利散射损耗，其一是通过对光纤进行热处理以降低微观不均匀性，其二是改变芯层和包层的化学成分。显然通过热处理更为简单有效，此外玻璃光纤的伪温度（fictive temperature）特性Tf还会影响到光纤的密度和机械强度。本期法国的研究者通过傅里叶红外光谱分析（FTIR）来测定Tf，以便对光纤制作提供参考。通过测试作者指出，对多模光纤，当没有退火时，由于快速冷却，会让Tf值比通常高出200°C左右。作者也证明Ge浓度高的区域Tf也较大。
    光纤拉锥是制作许多光纤器件的关键工艺环节，而拉锥得到渐变光纤的形状会直接影响光纤的光学性能。通常认为对光纤拉锥影响较大的工艺因素有温度、材料特性和拉伸条件。Sydney大学的研究者通过对拉锥工艺的研究，指出这其中对渐变光纤面形影响最大的因素是温度。并证明只要让外加形变率做到位置无关，那么渐变光纤面形将独立于其它工艺参数，只和受热温度分布相关。因此，要产生一个均匀的拉锥，必须要求受热均匀。当然靠外加不同的热场分布，也可以获得各种不同的拉锥面形分布。
    对光子晶体光纤: Corning, Inc.的研究者将通常阶跃折射率光纤的概念引入对孔洞光子晶体光纤的研究中，如引入等效包层、芯层折射率、等效V参量的概念，使得对孔洞光纤的分析变得更加简单； 北京邮电大学的研究者通过对中心孔洞尺寸的调节，可以改变光子晶体光纤单偏振的位置，最终获得了单偏振单模的孔洞光纤设计。
2．集成器件：
    利用多模干涉（MMI）波导不仅可以制作功分器、耦合器，还能制作粗波分复用器，但后者通常需要较大的干涉区长度。本期韩国Hanyang大学的研究者发现了一种通常自映像理论没有提到的“外来自映像现象”，利用这种现象制作了1310nm和1550nm的波分复用器，使用氧化硅多模波导宽度18μm，长度3670μm。实现解复用时，对两个波长损耗分别为0.4dB和0.45dB，串扰分别为16.9dB和19.7dB。
    此外，（1）荷兰的研究者对平面波导提供了改进设计方法，使得利用平面波导制作的器件对工艺误差的容忍性增强；（2）西班牙的研究者设计了狭缝硅波导结构，在狭缝间是填充硅纳米点的氧化硅，通过结构优化，可使波导具有非常高的非线性效应，适合非线性相关应用；（3）比利时的研究者基于硅纳米波导结构设计了尺寸仅有280×150μm的刻蚀衍射光栅波分复用器，插损7.5dB，使用20nm波长间隔时串扰小于-30dB。这样的器件由于是在一层亚微米厚度的硅层上刻蚀波导和光栅的，因此直接利用CMOS工艺即可；（4）棱镜耦合仪是测定薄膜折射率和厚度等光学参数的重要仪器。但对很薄的薄膜，由于不支持导模或支持导模很少时，是无法用该仪器精确测量的。本期香港城市大学的研究者通过在这样薄膜上外加匹配液的方式，增加等效传播常数数量，获得了精确的光学常数测定。