08年04月PTL光通讯论文评析

光纤在线特邀编辑  宋军博士
1．波分复用（WDM）：
       台湾科大的研究者实验研究了双向WDM-PON的工作情况，研究重点仍放在了光源优化利用上。为了方便上行信号对下行载波再利用，目前有注入锁模Fabry-Perot激光二极管（FP-LD）和带有反射式半导体光放大器的激光器两种光源被普遍采用，本期JLT的评析也提到了相关内容。这里作者采用了第一种思路，并对其作改进，以进一步优化资源利用率。要利用FP-LD实现注入锁定，需要有相对宽频的光源做“种子”光，目前常用的有分布反馈激光器（DFB）和放大自发辐射光源（ASE）两种。前者的劣势是价格昂贵，后者则对温漂比较敏感。因此作者建议了一种新的方案。作者在主站（CO），以一个环状可调掺铒光纤激光器（T-EDFL）作光源，通过一个电吸收调制器对下行信号作外调制。而在ONU放置FP-LD（商用型号），而T-EDFL不仅扮演下行载波的角色，也为FP-LD提供了光注入，以供上行信号使用。作者实验使用的T-EDFL由掺铒光纤、可调光滤波器（OTF）、隔离器、光耦合器、半导体光放大器和偏振控制器等元件组成。其中OTF起到波长选择作用，可以实现1534-1564nm范围内的可调发射，其激光3dB线宽为0.3nm。作者以10km的系统做测试，上下载信号速率分别为10Gb/s和1.25Gb/s，测得上下行损耗分别为0.9dB和0.5dB，上行信号的边模抑制比也可高于40dB，综合性能还是很不错的。当然从该文章结果来看，我们也不能说它的综合效果好于已有结果，单从本期JLT的另一篇报导来看，使用ASE做注入光是非常有利于抑制回波损耗的，而对这种单纤双向系统，回损是一个非常重要的参数，也许其优势会让其对温漂敏感的劣势显得微不足道，这些还需要进一步去检验。
        韩国研究者也对单纤双向WDM-PON做了研究，但重点放在路径保护上。在作者的网络结构里，使用了C带和L带的两个宽带光源（BLS）分别用于上下行信号的载波。这两个BLS都放在CO里，L-BLS在CO里进行下行信号调制，未调制的C-BLS光与调制的L-BLS光经混频后一起被一个1×N的阵列波导光栅（AWG）复用。对该AWG，C和L带的波长分别位于两个不同的自由光谱范围（FSR）内，利用AWG环形线性光谱特性，这两个FSR的信号会互不干扰的传输。在CO末端，信号经过一个3dB耦合器分为两路，并与两根光纤连接进入各自的主干线传输，也就是说一根是工作光纤，另一根是备用光纤，两路都有同样信号在传。在远程节点（RN），使用一个N×N的AWG（与前面1×N的AWG的FSR相同）做解复用器。在连接上，工作光纤被连在第N个输入端，而备用光纤被连在该AWG另一侧的第N’个端口。这样对任意一个波长，就会在第i路和第i’两个端口被解复用出，分别连接两根光纤进入相应第i个ONU。而每个ONU由一个功率监控器，一个光开关和相应接收机组成。功率监控器其实是开关的触发器，正常情况下，回路正常工作，因此开关与i路导通，信号被解调。同样在ONU会对C波段相应波长调制上载信号后发射回RN。而当ONU的功率监控探测到功率很低时，开关被触发与第i’路备选光纤导通。可见作者建议的通道保护协议还是很可靠的，从OLT到ONU任何一条路径断裂，都可以马上导通备选链路。
        此外，澳大利亚研究者提出了对WDM系统色散监控的方案，作者在发射端信号被复用后，但在被放大前加入了一个宽带的ASE光，该宽带光被强度调制了RF信号。这个额外加入的ASE强度较低，在原信号噪声平台以下，以保证不会增加额外的功耗和串扰。这样在接收端，经过解复用之前，先分离该ASE信号，通过对不同波长处RF的相位漂移做测量而估算系统色散大小；Columbia大学的研究者基于硅纳米线波导制作了环形共振器，并将该结构作为光开关应用在了WDM系统里，能够对20个连续光通道完成瞬时的路由切换。其交换原理是通过控制泵浦光源的波长，以改变共振器折射率，进而改变共振条件，从而实时的对工作波长进行线路切换。其交换时间在纳秒量级。
2．微波光子学（RoF）系统：
        RoF作为下一代无线接入候选技术，充分利用了光纤带宽，用光纤来传输毫米波。
        利用了WDM技术后，可以进一步提高RoF系统带宽。本期清华的研究者对相应系统上行链路的全光副载波解调做了研究。移动信号经过每个相应基站（BS）的天线探测后，通过一个Mach-Zehnder（MZ）电光调制器，加载在某个波长λ的光载波上，不同的BS使用不同的波长。然后光调制后的各BS信号经过复用器后在一根光纤上传输，在终端，先经过一个具有1bit延时的MZ干涉仪后，再使用光带通滤波器，就可获得λ－Δλ的边带信号。这里Δλ是相应毫米波信号的频率。然后再经过解复用后，各路波长载波传到相应接收端BS，经过光电二极管（PD）检测，获得基带信号。可以看到整个过程都是全光操作的，并没有使用针对毫米波的电子模块。并且作者使用MZ调制器时，进行的是双边带调制，作者指出这有利于抑制通道色散的影响。
        台湾交通大学的研究者实验显示了一个光与RF的混合接入网，也就是正常的光通讯和RoF系统共用一个网络架构。对光通讯使用1.25Gb/s的OOK格式信号，而对14.375GHz的RF信号则采用BPSK调制格式，两者共用一个双电极驱动的MZ调制器。类似的思路其实以往的评析里也介绍过，RF和光信号分别采用强度和相位调制，因为相位调制强度上变化是均匀的，因此对强度调制信号而言相当于一个直流分量，因此只用低速探测器就可以解调，而对那个相位调制信号，则必须避免另一个信号的影响，通常需要PD具有较高的响应速度。作者的实验系统并没有在RN使用光滤波器，整个实验传输距离为25km。测得两个信号功耗都低于0.5dB。
3．调制格式：
        关于差分相位漂移键控（DPSK）格式，本期也有一些研究：
        首先荷兰的研究者通过对DPSK检测的改进，进一步提升了该调制格式对色散的公差。改进方式其实很老套，就是在接收前加了电子色散补偿。这里所有遇到的概念其实都不新颖，首先检测还是用具有1biit时延的MZ干涉仪，电子色散补偿仍采用了最大似然估计算法（MLSE）。但结果还是很惊人的，对10.7Gb/s的NRZ-DPSK信号，可以将色散公差提升到4000ps/nm，虽然这个数值好像并不具备实用意义，因为对这种低速调制，其实DPSK本身的色散公差已经满足实用需求了。
        另一个研究来自意大利研究者，作者对40Gb/s的NRZ-DPSK信号提供了另一种解调方式。在这之前大多数研究者采用了具有1biit时延的MZ干涉仪来对DPSK信号作解调。作者这里采用的是具有高斯频谱响应的周期性FBG作滤波器，似乎从文章里找不到对这个过程的物理解释，但其实验结果相当奇妙，在经过该滤波器时，反射信号会被瞬时的解调，而透射方向竟然产生了稳定的RZ的时钟信号，其恢复出的时钟信号均方根定时抖动大概在200fs左右。也就是说作者提出的这个结构可以同时实现对NRZ-DPSK信号解调和时钟恢复的双重功能。
        此外，Arizona大学的研究者使用三维的低密度奇偶校验码（LDPC），在理论上能实现1Tb/s的单波长发射，但这只能算作一种新概念型研究，毕竟我们通常的通讯都建立在一维方向，即一个光纤传输的信号被认为一个点，别说三维，就连二维实用里也会遇到很多问题了；而德国的研究者兼容了单边带调制和正交频分复用的概念，提出了一种较高谱利用效率的调制格式，提高了对色散的公差；对强度调制信号，由于受到网络里窄带滤波元件的影响，常会发生信号扭曲现象。为此加拿大的研究者通过使用光学任意波前发生器在信号调制中做预补偿，消除了窄带滤波的影响。
4．光电器件：
        韩国研究者通过全息光刻技术制作了性能优良的分布Bragg反馈（DFB）激光器。在全息光刻后，作者再使用电子束蒸镀工艺，在脊形波导顶端和两侧均匀镀上了Cr金属，形成金属光栅，该激光器能够在1550nm波段稳定单模输出，在100mA电流注入下输出功率为9.7mW；Standford大学的研究者为RF光调制应用而设计了宽带（18GHz）低驱动电压（0.45V）的MZ行波调制器；德国研究者对硅纳米线器件提出了紫外纳米印刷式的光刻技术，可用此制造高品质因数的光器件，波导损耗大致为3.5dB/cm。