07年06月PTL光通讯论文评析

一、 网络与系统：
1、WDM：
    WDM-PON尽管性能优异，但限于其高昂的成本，也只能被作为下一代光网络的组网技术来被关注。为了降低WDM-PON的成本，减少光源的使用数量是最有效的途径之一。在降低光源成本方面，一个比较有效的方法是，仅在中央站点使用光源，这样一些种子光被发射到各个ONU，而在每个ONU，则通过使用相对便宜的FP激光二极管或反射式半导体光放大器（R-SOA）提供上载信号波长。这里对每个ONU，仍使用了两个波长分别用作信号的上下载。最近，将WDM技术与副载波发射相结合以便增加系统灵活性，并有效降低系统成本成为颇受关注的研究点。其主要思路为，将下载信号以副载波的形式调制在下载信号波长上，在相应ONU，通过基带探测滤出副载波信号，再使用外部调制器将上载信号调制在光载波上实现信号的上载发送。首先来看新加坡研究者的一篇论文，作者采用了上述副载波与WDM结合的组网工作模式，在每个波长上用副载波调制下载信号。比较特别的地方是作者在远程节点使用了两个复用器和一个延时干涉仪（DI），这三个器件对全部波长是共享式的。其中DI的自由光谱范围是副载波频率的两倍，这样不同波长的复用信号在经过DI后首先可将光载波和副载波分离，副载波信号从DI的一个输出端输出后再经过一个复用器解复用发射到相应的ONU。而另一路光载波信号则再经过另外一个复用器按波长解复用后，被直接注入到相应ONU的R-SOA上调制上载信号，再重新发射回中心站点。对这样的工作模式，作者搭建系统平台，并实验做了测试，作者使用8个波长通道，上下载信号都以1.25Gb/s的速度工作，系统显示了稳定的工作性能和相对优异的信噪比特性。
    此外，韩国Yonsei大学的研究者介绍了其双向工作的副载波复用（SCM）与波分复用结合的无源光网络。这里也采用了类似的思路，即在ONU使用R-SOA直接对下载信号使用的光载波做调制，从而避免了额外光源的使用。而所谓的双向SCM-WDM工作，是指中心站点广播式的将2.4GHz的SCM信号发射给各个ONU，而各个ONU则根据实际情况选择是否对相应信号做下载，这种方式下，抑制噪声是关键。这里作者在使用FP-LD作光源的同时，额外采用了具有高通滤波特性的增益饱和半导体光放大器，有效抑制了噪声的影响。而在各个ONU，通过R-SOA在相应下载信号使用的光载波上，再次调制1.0GHz的副载波信号，以作上载发射，返回中心站点。
2、光学正交频分复用技术（O-OFDM）：
    OFDM，即正交频分复用技术，是在无线通讯中被IEEE 802.11g等通讯标准广泛采用的高速传输技术。其主要思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各子信道载波互相正交，并行传输。相比通常对特定载波单通道调制的方式，采用OFDM后，系统将具有下述优势：（1）由于在OFDM系统中各个子信道的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率；（2）各个子信道响应平坦，且各个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰；（3）对OFDM的收发处理可以充分利用快速傅里叶变换（FFT）等算法，有效降低计算和算法处理的难度。最近，分别基于相干光（CO）和非相干光（IO）的OFDM技术陆续被独立提出，以便抑制光纤中色散和偏振模色散（PMD）的影响。单就抑制色散的效果来看，使用CO和IO模式是相似的，但如采用CO-OFDM，在有效抑制色散、PMD的同时，还可获得更高的光电频谱利用率，并维持更好的信噪比特性。当然，选用CO模式在获得优良性能的同时，也必然是以牺牲系统性价比为代价的。
    首先，Melbourne大学的研究者对CO-OFDM的工作模式做了研究。不同于通常的单载波调制，使用了OFDM技术后，在同一个光载波上同时有多个低速率的子信道并行传输，因此作者认为，可以充分利用这点，使用某个或某几个子信道做相位探测应用，以便可以对信号相位及时补偿。对一个8Gb/s，总传输距离1000km的CO-OFDM系统，作者证明最多使用5个子信道作相位监控就可以在不使用色散补偿的情况下，对信号相位变化做出全面的评估，以便及时进行补偿。
   同一期还有另一篇来自Melbourne大学的研究论文，旨在考察存在非线性影响后，采用CO-OFDM的工作模式，是否还能有效应用在光网络传输上。作者采用了10Gb/s的WDM网络，在不使用色散补偿下，采用CO-OFDM调制，作者通过模拟，得到了两个主要结论。一是对WDM的每个通道，作者指出使用CO-OFDM时，最佳发射功率在-9dBm左右，这暗示了使用CO-OFDM，并不需要高的泵浦功率，这降低了对光放大的要求；二是当考虑了非线性影响后，当传输距离从800km到4800km变化时，系统的Q参数将从21.8dB变化到13.0dB，这证明即便考虑了非线性影响，CO-OFDM技术仍能有效降低色散对系统的影响。
    此外，Arizona大学的研究者研究了OFDM在渐变折射率的塑料光纤中的传输情况，认为低密度奇偶校验码(LDPC)是较合适的OFDM编码方式。
3、子系统：
    Southern California大学的研究者利用色散补偿光纤（DCF）会随入射波长不同而具有不同延时的特性，采用周期性极化的铌酸锂（PPLN）、DCF、基于光纤光栅（FBG）的色散补偿器等元件，按要求将入射光进行波长转换，再通过DCF和FBG色散补偿器以获得预期的时延，这样作者制作了一个可调的延时器，最大可获得44ns的时延；以色列的研究者改进了直接探测式的DQPSK探测器，通过在集成芯片的两端使用双向工作的延时干涉仪，使探测器具有判决反馈的功能，能有效对非线性相位噪声作补偿。因此这样的直接探测器具有与相干零差探测相似的精度，相比通常的直接探测，精度提高了4.2dB左右。
二、有源器件：
    光学双稳态是许多有无源器件广泛使用的工作原理。所谓双稳态，是指一个输入光信号存在着两个可以相互转换的稳定输出状态，按对应双稳态参量的不同，又可分为光强双稳态、偏振双稳态和波长双稳态等。而光学双稳态最具潜力的应用领域为光数字计算。例如具有波长双稳态的器件可以用输出波长作为逻辑判断，来实现触发存储的功能。对波长双稳态的原理，目前还没有很令人满意的解释，比较普遍采用的还是谐振腔内的双模竞争效应。本期Colorado大学的研究者在一个两段的量子点激光器中实现了光波长双稳态，并且作者对激光器工作细节做了研究。对使用的两段式量子点激光器，作者通过改变吸收层的反偏电压，观测到了磁滞效应和双稳态效应。双稳态波长分别为1173和1166 nm，两者功率比约30dB，对观测到的波长双稳态效应，作者认为是在光谱烧孔效应和量子受限的Stark效应共同作用下产生的。
    前面刚提到对WDM-PON，结合SCM技术是最小化光源数量，以便降低系统成本的有效手段。对类似的应用，本期COVEGA公司的研究者报导了能双向工作的电光调制器设计。对正向传输光波长λ1，光载波经过光环路器进入调制器，当信号以副载波的形式加载后经过电子环路器调制于相应光载波上，在调制器输出端，再连接一个光环路器，λ1由环路器一个端口输出，而另一个端口加载波长λ2，同样相应副载波信号在调制器内由电子环路器加载到λ2上，而在λ1的输入处也有一个光环路器用于引导λ2信号的方向。这种瞬时的双通道调制目前尚属首次报导。
三、无源器件：
    加拿大的研究者提出了一种光纤光栅的制作工艺，作者使用重掺杂Er–Yb的磷酸盐玻璃光纤，利用超快红外照射相位掩膜，能够在几秒的曝光时间内实现高于1.5×10-3的折射率变化。同时作者证明将退火温度选为400 °C能获得最稳定的光栅性能。作者利用该工艺制作了一段6mm的光纤光栅，测试可实现99.99%的反射率。
    对SOI波导，首先比利时研究者制作了面向SOI波导与光纤连接的耦合器，其在SOI波导表面使用氧化铝做掩膜，使用碘蒸汽做反应气体，直接利用反应离子刻蚀工艺制作了与表面成58°的耦合光栅。通过这样的耦合光栅，可以实现光纤对SOI脊形波导间近46%的能量耦合效率。此外，加拿大的研究者使用两阶渐变波导结构制作了面向SOI波导的模斑转换器。可以在较低功耗代价下实现从单模波导向大孔径波导的转换连接。