08年03月JLT光通信论文评析

一、光网络与系统：
    光分组交换（OPS）网络按照数据包大小是否固定可分为同步和异步两类。对后者突发信号更频繁，可实现瞬时接入，且因为不需要光同步器设备而具有简单灵活的特点，是目前主流研究技术。在OPS网络里，应对数据接入冲突，进行数据缓冲的主要技术方案是采用波长转换。但现有的波长转换器普遍比较昂贵，因此如何最小换波长转换器的数量就成为提高OPS网络综合性价比的最有效手段之一。其原理很简单，因为在数据包进入网络节点的时候，并不是所有数据包都需要转换，很多都可以直接被路由到目标输出光纤。因此有望共享部分交换资源。本期意大利研究者对WDM网络如何最小换波长转换器数量做了研究，主要考虑了有限波长范围转换（LRWC）和全部波长范围共享波长转换器（FRWC）两种方案。鉴于目前波长转换技术频带范围有限的特性，实际上FRWC通常是几个LRWC级联组成的。作者谈到之前有研究也提出了双层波长转换（TLWC）的概念。在第一层用LRWC，第二层用FRWC。接入信号先经过第一层，只有在第一层资源满的时候再使用第二层。这里作者将TLWC概念进一步深化。根据共享的深入程度细化为共享每根输出光纤（SPOF）和共享每个节点（SPN）两种网络结构。通过同单层共享结构的对比，作者证明TLWC- SPN在合适选择交换参数下可以获得最低化的网络成本，比起单层波长转换共享系统，最高可将成本降低90%左右。
    本期韩国研究者认为正交频分复用（OFDM）与微波光通信（RoF）技术相结合，可以产生一种高性价比、高比特率的移动宽带网络应用技术。作者对这样混合技术面临的主要技术难点做了讨论分析。首先作者指出由于OFDM是大量副载波的混合，因此非线性信号扭曲和总功耗是影响传输质量的最关键性能指标，而这两个性能指标在原则上是对立的，很难同时将两者的影响最小化，通常只能在两者间做个折中考虑。而对RoF系统而言，在光发射、光纤传输以及光电探测里产生的非线性也会严重恶化系统性能。在这样的混合技术应用里，作者指出RF放大器是产生信号扭曲的最关键非线性提供者。对这种非线性扭曲作者从理论和实验上分别进行了深入分析。作者建议了由集成RF放大器和有无源电吸收调制器组成的OFDM- RoF接入网结构，并试图应用于未来宽带无线网络里。
    上海交通大学的研究者对差分相位漂移键控（DPSK）/频率漂移键控（FSK）的混合调制格式在光标签交换中的应用做了研究。就光标签交换而言，对标签和有效载荷分别使用不同调制格式，有益于实现简单的标签加载和提取操作。就此已有的混合调制格式和相关实测结果时有报导。这里作者采用的DPSK和FSK有一个共同特征就是信号在强度上都维持了常数包络值，因此对非线性损伤都有一定抵御力。之所以以前没人用这种混合调制格式主要是这种混合信号发生和解调都不容易同时实现。作者指出最近有关双向平行调制器的实验结果证明该结构调制器也能同时生成DPSK和FSK两种调制格式的信号。而在接收端，通过使用基于Mach-Zehnder结构的双边带调制器能成功对FSK格式的光标签信息进行擦除，之后再使用单字节延时Mach-Zehnder干涉仪就可以对DPSK有效载荷信息进行解调。作者指出在所有非线性因素里，四波混频（FWM）是影响该混合调制格式的最关键性能损伤因素。作者证明FWM产生的强度漂移指数随频带间隔的增加而降低，也就是说在实用时，是可以通过对光谱效率和非线性传输性能两者之间做折中选择来满足具体应用要求的。
    本期Arizona大学的研究者对自由空间光通信（FSO）编码方式做了研究。FSO近年来也广受关注，作为对传统微波通讯的升级，有望解决无线通信的带宽瓶颈。但FSO系统的信号强度受大气扰动影响严重，采用有效的信号调制格式是抑制这种扰动影响的主要途径。目前对FSO而言，最受关注的信号调制格式应该是低密度奇偶校验码（LDPC），它扮演的角色就相当于光纤通讯里的DPSK格式。作者的实验系统采用的是FSO普遍接受的发射端多光源，接收端多探测器（MIMO）模式。而具体又着重对重复式LDPC的MIMO和LDPC空间-时间（ST）编码的MIMO两种系统组成做了比较研究。在LDPC编码设计上，结合使用了双平衡设计（PBD）、不完全平衡阻隔设计（BIBBD）和阻隔阵列化的设计理念。此外，作者通过脉冲强度调制实现了比特interleaver操作，极大提高了频谱利用率。最终作者证明采用LDPC编码的MIMO架构，即便在强大气扰动下，FSO系统仍能稳定工作。
    本期西班牙的研究者对WDM-PON架构做了研究，侧重点仍是光源无色化研究，以通过最少的波长利用实现最大容量的信息传输，进而降低系统成本。以往此类研究已经介绍了很多，本期作者使用的是光环回技术，即在ONU节点通过种子波长直接从位于中央站点的限谱连续光源获得可用波长，以完成信号上载调制。显然上载和下载使用相同的信号频段，为了避免串扰，应采用差异化的调制格式。这里作者对下载信号开展的窄带FSK调制，而对上载信号采用强度调制。其中最大的新颖点就在对下载信号的窄带FSK调制上，作者发现当对分布反馈激光器（DFB）直接调制时，会产生啁啾效应，利用这个原理进行FSK调制操作既简单，又可以获得非常高的频谱利用率，即实现窄带调制。这种新颖调制方式的另一个好处是可以有效抑制包括布里渊散射、瑞丽散射在内的非线性效应的影响，进而可以允许高功率信号发射。作者在50km的传输距离上，同时对上下载信号实现了1.25Gb/s的调制速率。
   光缓存技术一直以来都是全光交换网的技术难点。而可调延时技术又是相关研究的重中之重。当前较被看好的技术主要有可调波长转换和慢光技术两种。本期Princeton大学的研究者基于四波混频（FWM）技术来进行波长转换，并通过对机理的优化实现了大范围的可调延时。作者进行FWM的非线性媒介是一段35厘米的氧化铋非线性光纤，其非线性系数高达1100/w/km，这也是能在这么短距离实现FWM波长转换的根本原因。作者证明当采用单光泵浦的时候，可以实现带宽12nm的波长转换，而当使用双波长泵浦的时候，可调转换带宽可扩展到40nm。当作者使用啁啾光纤光栅做波长选择单元时，可以实现最大185ps的光延时。而当用色散补偿光纤替代啁啾光纤光栅时，更可实现最高840ps的可调延时。通过对10Gb/s强度、相位调制信号进行缓冲测试时发现，作者设计模块最大损耗不超过3.5dB； 此外北京交大的研究者基于半导体光放大器（SOA）设计了两个光环路，也能实现数据缓冲功能。并且作者证明，对该结构，最大可获得的缓存数据包长度直接与SOA偏置位置与光纤环路的长度相关。该结构的另一个好处是可以借助单SOA方向性增益差，以及增益饱和特性来抑制缓存数据的功率泄露；而澳大利亚研究者则通过二维阵列化光环型共振器结构，也制作了随机数据光缓存模块，但该结构的缓存能力明显受限于共振器本身的损耗。
二、光器件：
    北京邮电大学的研究者在GaAs/AlAs的FP滤波器结构上，通过一个薄的低温缓冲层，以异质结外延生长工艺单片集成了InP-InGaAs-InP的PIN光电探测器。作者制作的探测模块可以通过热光调节的方式来对波长进行选择，最大可以实现10nm的可调范围，器件外部量子效率在23%左右。
    NTT研究者采用微波反射控制技术对传统电吸收调制器结构做了改进。作者将入射和反射电信号的重叠作为调制信号，提升了作用在电吸收调制器上的信号电压，进而在50GHz频带内获得了几乎平坦的电光频率响应。通过对40Gb/s信号调制的实验测试表面现有的改进调制器能够明显改善传输性能，获得更大的眼开。
    最近大电流光电二极管技术有了显著进展，进而能够直接从光电二极管的输出获得26dBm的RF功率。本期美国Naval实验室的研究者对此做了研究。在300MHz下设计了最大小信号压缩电流超过700mA的光电二极管。输出RF功率放大器能够获得超过45%的效率。