JLT:07年OFC/NFOEC专刊

作者：宋军博士
来源：光纤在线
    3/5/2008,本期的JLT是就07年OFC/NFOEC大会主要技术总结回顾的一个专刊。在07年OFC/NFOEC大会结束后，首先由JLT主编对全部报告论文进行筛选，然后对近一半左右的报告作者发出邀请，希望他们撰写与其报告内容相关，但内容更加详细深入的论文。之后成立一个专刊编委会，对这些论文进行严格评审，最后选定了内容符合出版要求的近30篇论文，这就是此次专刊的起源。
    在我浏览了该专刊文章内容后，认为07年的OFC/NFOEC主要反应了如下技术焦点：
（1）器件方面：关注最多的内容是可调色散补偿器和超高速光电探测器；
（2）子系统方面：亮点技术是偏振复用和多阶信号发生系统；
（3）长距离传输：相干检测和电子色散补偿是核心主题；
（4）光接入：有双向放大功能的PON是焦点内容。
     而使用频率最高的几个词为：RZ-DPSK(DQPSK及DBPSK)、coherent receiver、electric dispersion compensation、PON。
    下面，我就按照器件子系统长距离传输光接入技术的次序对专刊的内容做出简要回顾。

光电器件：
    随着光接入速度和容量的不断增加，以及用户对光网络灵活性的要求不断提高，可调色散补偿器件在光网络里的作用也越来越重要。在07年OFC/NFOEC大会中，可调色散补偿是一个颇受关注的内容。本期专刊有两个关于可调色散补偿器的研究，分别使用了光纤元件和空间元件，可以对比研究两篇论文，以获悉当前的技术进展。对比两篇论文，不难发现当前对可调色散补偿器的设计主要有两个要求，一是要满足大带宽的补偿，这主要是应对WDM应用而提出的，要求器件能够在一定波长范围内实现对信号色散的动态补偿；二是要求器件具有高的响应速度，这是面对未来高速大容量全光网络应用而提出的技术要求。两篇论文一篇来自日本Advanced Industrial Science and Technology，作者主要基于色散补偿光纤做色散媒介，利用参量波长转换（主要是四波混频）为主要工作原理。当调节色散媒介具有线性色散斜率的时候，作者发现信号的频率变化与输入信号的色散大小线性相关。这样就可以将色散的变化转换为频率的变化，从而实现较大波长带宽的可调色散补偿。而来自Sydney大学的研究者则依靠硅基液晶材料制作了可调色散补偿器。器件中包含的光栅结构做为色散元件，先将信号按波长分开，不同的波长照射在二维液晶阵列上的位置不同。然后通过对液晶阵列的电压进行调节而改变该像素上光的相位，这样反射光的色散便得到了补偿。作者对制作的器件进行了实验，证明在4通道80Gb/s系统里能实现正负60ps/nm的可调色散补偿。
    超高速信号的探测器也是07年OFC/NFOEC大会的一个焦点内容。对超高速光网络，信号的检测会遇到许多特有问题，使用常规探测器难以获得理想的灵敏度及信噪比要求，因此许多研究立足于对传统探测器进行改进以提高响应速度及性能。Virginia大学的研究者主要解决了超高速信号易引起光电流饱和的问题。对超高速信号，意味着在短时间内集中了较大的能量密度，因此很容易引起探测器的饱和。为了解决这个问题，作者将待检测信号先经过一个多模干涉耦合器，1：4的功分为4等分，然后均匀照射在4个探测器上，最后再将4个探测器通过传输线相连，按照相位关系将最后的光电流混合，这样最终探测器能够获得0.24A/W的响应度。而Bell实验室的研究者则单片集成了InP光电二极管、SiGe1：2电子解复用器和SiGe行波时钟放大器三个有源器件，设计制作了光电接收器。该器件能够成功对100Gb/s的超高速信号进行检测，并能获得有报道以来最好的信噪比响应。
    此外，专刊里器件相关的研究还包括硅纳米器件及光子晶体光纤等内容。这些研究内容揭示了光电器件具有小型化、多功能化的发展趋势。例如比利时研究者将电注入的InP微盘激光器与SOI波导回路键和在一块半导体芯片上，为光电单片集成技术做了技术准备；而California大学的研究者也制作了单片集成的光收发模块，该模块包含采样光栅DBR激光器、Mach-Zehnder调制器、半导体光放大器、量子阱PIN光电探测器等器件，集信号调制、发射、接收与波长转换等多功能于一身。
    
子系统：
    07年OFC/NFOEC大会具有形形色色的子系统设计与测试报告，但绝大多数研究都在解决同一个问题，即提高光谱效率。
    Bell实验室的研究者实现了25.6Tb/s的超大容量传输，作者基于WDM技术，以50GHz频带间隔复用了160个波长通道，单通道使用85.4Gb/s的RZ-DQPSK格式的调制信号。整个实验系统工作距离为240km，光谱效率达到3.2b/s/Hz。其单通道调制是通过对两路42.7Gb/s的信号偏振复用实现的；Nokia-Siemens网络的研究者探讨了将以太网由现有的局域网应用推广到骨干光网络，并与WDM直接技术对接的可行性。作者证明只要解决好路径保护、信号3R恢复以及速率选用等问题，以太网能成为未来高速城域网及广域网的有利候选技术，并具有支持多线率接入以及高可靠性、高性价比等优势；加拿大Nortel的研究者对基于偏振复用的QPSK信号在WDM网络里的性能做了研究，重点测试系统的PMD公差，并探讨偏振相关损耗对系统性能的影响；Alcatel-Lucent Inc.的研究者实验对ROADM的工作情况做了研究，作者认为在这样的多节点系统里，节点竞争调节会导致通道功率控制的不稳定，进而导致功耗震荡，因此作者提出了独立的节点控制方案，以实现稳定的功率控制。

长距离传输：
    在07年OFC/NFOEC大会中，围绕相干检测和电子色散补偿有许多研究报导。前者可以对噪声等线性损伤进行补偿，后者则可以对PMD、色散和非线性进行有效补偿。两项技术都是面对长距离传输应用而被关注的。
    德国CoreOptics的研究者单通道采用111Gb/s，偏振复用的RZ-DQPSK信号，实现了光谱效率2bt/s/Hz，总长度2375km的传输。在终端，作者同时采用了相干接收器和电子增益均衡器。在使用了相干接收器后，整个传输网获得了相当好的噪声性能。而当混合使用低通电子滤波器和数字信号处理技术后，传输网具有了相当高的色散和PMD公差。作者证明在采用了这两项技术后，可以直接对现有10Gb/s的骨干网进行扩容；Alcatel-Lucent的研究者也做了类似的研究，只不过其针对的是单通道40Gb/s的调制，也在结合使用了相干探测和数字信号处理后，实现了4080km的超长工作距离传输；Alcatel-Lucent的另一篇特邀论文则在采用相干探测下，对不同的调制格式，对不同电子色散补偿算法的效果进行了比较研究。
    除了电子色散补偿和相干探测，专刊里还有使用改进调制格式以支持长距离传输的研究。日本KDDI  R&D实验室的研究者证明只要合理补偿相位噪声，光正交频分复用（OFDM）是一种非常适合长距离传输的调制方式，实验里，对25.8Gb/s的相干OFDM信号，作者实现了4160km的长距离传输；Tyco Telecommunications的研究者则对跨洋Sam-1 Cable System做了研究，证明当在10Gb/s速度下，仅靠改变调制格式为RZ-DPSK格式后，就可以将每个数字线段由低于5000km提高到10757km。

光接入网：
    韩国研究者对WDM/TDM的混合复用网做了实验研究，其特色是作者使用了远程泵浦的EDFA做放大器，该放大器能够实现双向15dB的增益放大，因此能同时对上下行信号做放大，这就意味着上载信号的灵敏度被显著改善；AT&T实验室的研究者让四个TDM-PON（上下行波长分别为1490nm和1310nm，1500nm和1300nm…）共享一个双向放大器，该双向放大器为SOA基的Raman放大器，可以实现在150nm以上带宽内同时对上下行信号进行放大；荷兰研究者实验研究了160Gb/s高调制速率信号的全光分组交换过程，作者采用的实验系统比较简单，仅使用了两个波长，框架仅完成了一个1：2的交换过程。整个交换模块被集成在一块半导体芯片上，通过一个全光窄带滤波器来对标签信息进行处理，由两个耦合SOA Mach-Zehnder干涉仪组成一个触发器，具有一定的光存储作用，它能触发一个控制信号，以驱动波长转换器，将信息数据包路由到一个特定的输出波长通道。其中波长转换器也基于SOA结构，利用交叉相位调制效应实现，交换过程具有低功耗高稳定性的优势，在无前向纠错模块下，能够在110km的工作距离内稳定完成光分组交换操作；Bell实验室的研究者实验研究了一个25通道（50GHz间隔），总传输容量1Tb/s，工作距离1280km的WDM传输系统，网络共含有四个可重构光加减复用（ROADM）模块。其特点是ROADM模块对不同格式的信号具有差异化的带宽。其中对NRZ-DBPSK格式信号使用较宽带通，而对RZ-DQPSK使用较窄带通。