08年03月PTL光通信论文评析

1.保密通讯：
    除了OCDMA能提供高保密通讯传输外，尚有许多保密程度更高的通讯技术，但这些都处于实验阶段，属于新概念技术。鉴于本期有一些这方面的研究结果，因此打算简单对他们的概念做下介绍。
    量子密码（QKD）：这是一个将密码术与量子力学相结合的保密通讯技术。在传统光通信里，信息的保密程度主要是通过算法的复杂度来实现的，而QKD则根据量子力学的不确定性原理以及量子不可克隆定理，任何窃听者的存在都会被发现，从而保证密码本的绝对安全，也就保证了加密信息的绝对安全。对QKD，目前主流的实验方案则用光子的相位特性进行编码。本期日本三菱电子的研究者使用连续波泵浦，脉冲驱动的单光子源，在80km的单模光纤中进行了单光子干涉实验，并通过有效调节和，低抖动控制等改进，成功抑制了长距离QKD面临的色散和偏振抖动等不利因素。这是目前为止，国际上最长距离的单光子干涉实验。
    混沌光通信：要理解这个概念可分三个层次：（1）先明白啥是混沌：混沌现象是非线性系统中出现的确定性的、类随机的过程。它是非周期的、有界的、但不收敛的过程，并对初始条件极为敏感。（2）理解怎么和通信挂钩：混沌保密通信的基本思想是利用混沌信号作为载波,将传输信号隐藏在混沌载波之中,或者通过符号动力学分析赋予不同的波形以不同的信息序列,在接收端利用混沌的属性或同步特性解调出所传输的信息。（3）怎么用光通信的方式来实现：发射端主激光器（ML）通过自适应混沌掩盖（ACM）、简单加两个混沌信号做混淆、混沌漂移键控三种方式任选其一实现混沌发射，在接收端也使用从激光器（SL），并以闭环结构，可进行同步处理恢复操作，提取出ML输出信号。这需要ML和SL参数高度匹配。本期意大利研究者对混沌光通信的系统构成做了研究。作者在收发都使用闭环结构，发射端在同个载波上多次加载混沌波，在接收端，靠同步处理，减去SL的混沌波来获得接收信号。作者证明Manchester 编码（MC）是特别适合混沌光通信的编码方式。能够有效抑制信号的高频漂移，比起NRZ信号能获得高得多的Q因数。
2.  光收发模块：
    相干探测比起直接探测能获得高得多的灵敏度，但对系统要求也更高。因此限于综合性价比考虑，目前商用情况并不好。对相干探测，影响性能的关键因素是相位噪声。以前的评论曾多次谈到采用DSP模块做电子色散补偿能够消除相位噪声的影响。但对相干光通信，DPS的补偿能力却不足以消除相位噪声对系统性能的退化影响。因此对相干光通信必须要在发射端采用具有更窄线宽的光源，以抑制相位噪声。此前的研究报导对相干系统，多采用外腔可调激光器做光源。这类光源具有非常窄的激光线宽，但物理尺寸较大，很难成功商用。本期意大利研究者对相干光通信做了研究。作者采用商用动态可调激光器模块（DTL）做光源，对10Gb/s光相干系统进行了实验，信号采用BPSK格式，其相干探测系统包括两个主要元件，一个是光干涉仪，用于过滤伪光谱成分，另一个是副载波光锁相环，用以实现相干探测目的。这里最主要的成果是证明了商用DTL非常适合于相干光通讯。实验里作者使用的DTL为Prelli公司产品。光源为蝴蝶结封装，因此物理尺寸很紧凑，激光线宽为5.75MHz，而测试结果现实了该类型光源能提供非常低的相位噪声，作者称这是出乎他们意料之外的发现。从而证明Prelli-DTLs能成功用于实时相干光通讯系统，且不需要DSP等其他补偿模块。
    韩国研究者通过集成电路工艺制作了光发射模块。作者在一块芯片上阵列集成了四个VCSEL激光器，再在上层生长了多模聚合物波导结构，末端刻蚀成45度光反射镜面，用于将VCSEL发射90度转角，并将光导入波导传输。作者实验测试了该模块能成功实现10Gb/s的信号发射，功耗大致在7dB左右。由于采用了集成电路工艺，因此该模块的显著优势就是制作成本低，易于批量化生成。
3.  光传输实验：
    英国研究者开展了RZ调制单通道42.7Gb/s信号的光传输实验。对这样的高速大容量网，最近普遍采用电子色散补偿来消除色散。但本文，作者采用的是光增益均衡（OEQ）技术来降低非线性信号扭曲。一个电子色散补偿器通常只对一个特定波长通道起作用，因此需要在每个接收器前都使用这样的补偿器。而OEQ的一个优点就是能开展全通道范围的补偿。通过OEQ的使用，作者能将放大器使用的间隔扩展到107.5km。而最大传输距离也由原来的2043km扩展到3010km。简单的说，该项工作的意义就是通过实测证明了OEQ对高速信号非线性扭曲的良好补偿能力。
    美国Discovery Semiconductor的研究者就10.7Gb/s无中继传输做了实验研究。在不使用光放大等中继信号恢复元件基础上，作者可以实现304km的传输距离，这应该是当前最长的无中继传输实验了。但为了实现这一目标，作者可谓费劲心力，在光收发端用了可以想到的一切信号质量恢复措施。首先，发射端对信号做了DPSK调制，抑制非线性损伤，在接收端前用电子色散补偿器做信号阈值判定，再通过相干探测来提高探测灵敏度。
4.网络系统优化：
    浙大的研究者对WDM-PON或WDM/TDM-PON的通道保护做了资源优化研究。通过利用相邻ONU的互联特性，以及阵列波导光栅复用器的环形光谱特性可以节省一半的通道保护所需波长资源，且将连接的可获得性提高了一个数量级；武汉大学的研究者对深空间光通信，提出了一种被称为LDPC-APPM的信号调制技术，比起传统格式，在该应用上能获得更好的性能。该调制格式是通过对外层奇偶校验检查码、interleaver、比特累加器和脉冲位置调制集中码串联实现的，在接收端作者使用了标准的turbo解码技术；台北大学的研究者就光纤CATV传输系统做了研究，证明在加入低频边模注入锁定技术后能有效增加附属激光器的共振频率，进而能获得相当优异的单模光纤传输性能。
5.信号损伤：
    Bell实验室的研究者通过快速偏振钳制（PS’s）和前向纠错（FEC）技术相结合，补偿了PMD对光传输系统性能的影响。证明通过合适选择PS’s的数目，令其达到14时，可以将系统PMD公差提高50%左右，并将中断概率降低到10-5数量级；JDSU的研究者则证明在一阶PMD被补偿后，二阶PMD（SO-PMD）对信号的损伤与信号调制格式直接相关。比如对双二进制调制格式，信号对SO-PMD比对色散的影响敏感的多，而NRZ-OOK格式信号则更敏感于色散的影响。此外，对双二进制信号，当一阶PMD被补偿后，差分群时延（DGD）也会明显影响信号传输质量。
6.无源器件：
    韩国Yonsei大学的研究者制作了全光纤波长可调带通滤波器，该器件通过螺旋面的长周期光纤光栅（HLPFG）、环形中空光纤、多模光纤等全光纤器件串联组成。因此该器件在实现滤波的同时还兼具了多模对单模的模式转换功能。而波长可调功能则是靠加在HLPFG区域的扭转应力变化来实现的。该器件还具有较好的偏振不敏感特性；比利时研究者证明对光纤光栅结构，色散和DGD都会对双折射产生一定影响，进而影响器件的强度响应特性；硅纳米线波导是近来广受关注的集成技术，本期Columbia大学的研究者在5cm长的硅纳米集成芯片上实现了1.28Tb/s的数据容量（32通道，单通道40Gb/s调制）。作者证明在这种超高密度芯片上，损耗会随着通道数量而发射变化。当单通道被使用时，插损为0.6dB，但当24个通道被使用时，插损上升到3.3dB。
7.有源器件：
    荷兰研究者基于InAs-InP材料的微共振环结构制作了电泵浦的半导体激光器，在有源增益区使用了量子点结构，在室温下能够实现1.55μm的光通信波段发射。微环结构直径22μm，波导宽度2μm，激光器阈值电流为12.5mA；California大学的研究者在VCSEL激光器制作中，采用高折射率差的亚波长光栅做反射镜，能够明显增加制作公差。当光栅间隔变化40%时，激光仅发生2nm的波长漂移；韩国研究者实验制作了结构非常紧凑的多波长激光器，通过结构优化消除了调制区域的多模跳变现象，并可以分别对每个波长进行独立调节。因此该激光器非常适合于波分复用应用。作者通过该激光器成功实现了1.25Gb/s信号的直接调制，并实现了20km的无误码传输。