08年07月JLT光通讯论文评析

1．网络架构与传输：
    Bell实验室的研究者对下一代100Gb以太网（100GbE）的实现方案做了研究。作者指出对短距离接入，比较理想是采用10×10Gb/s的复用，传输使用大数值孔径的多模光纤（MMF）。并使用廉价的垂直腔面发射激光器（VCSEL）做光源，因此工作波长为850nm；而对10km左右的中等传输距离，作者认为比较理想的是采用4×25Gb/s的复用，不需使用放大器，工作波长为1310nm，使用标准单模光纤（SSF）。光源可以选择直接调制激光器（DML）和电吸收调制激光器（EML）两种；而对40km以上的长距离传输，则只能使用EML做光源，且必须使用放大器。本文作者对0-40km传输距离，4×25Gb/s的100GbE做了系统研究，其工作波长1310nm，仅在接受前使用了一个半导体光放大器（SOA）作为预放。作者在考虑满足IEEE标准要求，研究满足误码率（BER）低于10-12情况下的系统要求。文章里面做了许多表格，分析在不同输入参数下的传输性能，例如EML的消光比为4dB时，实现10-12 BER要求需要保证传输的光信噪比（OSNR）高于29.5dB，而输出信号的功率应高于10dB；而当激光器消光比为10dB时，则只需要保证OSNR高于22.9dBm，但输出信号功率则应高于13.2dBm。
    日本Nara大学的研究者对多域WDM网络里光路径动态建立方案建立做了研究。作者的目标是在不使用波长转换的前提下，实现低阻塞概率的光路径建立。对此类问题，通常的方法是对波长数据按优先权排序。再选择空闲波长建立连接。但作者指出该方法无法频繁的对波长数据信息进行更新，进而引起系统性能恶化。对此作者进行了改进，在对波长数据排序时，不仅记录波长使用信息，而且边界节点的信息也被记录。通过边界节点信息，每个节点的波长使用信息可以被精确计算，然后参考波长使用信息和计算精度来排序。作者证明其改进方法相比传统方法在动态路径建立上，能将阻塞概率降低60%左右。能有效提高多域WDM网络效率和性能。
    和上面类似的研究思路本期也出现在西班牙研究者就光突发模式交换（OBS）系统的研究中。在OBS网络里，为了动态路由突发数据包，避免阻塞，也有一个常见的研究思路是专门使用突发控制数据包，在突发数据即将到达时，通过控制数据的时间偏离来提前预约节点。作者同样指出以往的单向预约机制有问题，即高优先权的路径必然产生更大的时间偏离，造成强者愈强，弱智愈弱的不公平现象，严重时会破坏系统稳定。因此作者提出了一种固定点近似算法，来产生均匀的时间偏离，改善了路径分配的公平性，降低了阻塞率。
    德国研究者对无色散补偿长距离传输系统做了研究。作者在接收端采用电子色散补偿的最大似然估计（MLSE）数字信号处理技术来消除色散的影响。作者研究比较了Viterbi算法和模板匹配（TM）算法两种MLSE均衡方案，后者是对前者的简化。作者证明当噪声呈高斯分布时，Viterbi-MLSE算法最为高效。在综合考虑色散和最大传输距离两个评价指标后，作者认为综合性能直接与MLSE算法的阶数相关。当选择64态Viterbi-MLSE算法时，基于SSF传输，对10Gb/s传输速率无色散补偿的最大传输距离可以达到928km，当使用40Gb/s传输速率时，可实现58km的最大无补偿传输。作者的系统使用了最小漂移键控（MSK）的调制格式，作者指出该格式结合MLSE算法在与差分相位漂移键控（DPSK）具有相当色散、非线性抑制能力下，也可以最有效的抑制自发辐射噪声（ASE）的影响。
    荷兰研究者就基于MMF的微波光子学（RoF）传输系统做了理论和实验研究。为了抑制使用MMF的模间色散损伤，作者使用了全光倍频（OFM）的方案。为了实现OFM，作者基于谐波频率发生的原理，使用了基于延时干涉仪的周期性滤波器来完成频率对强度调制的转换。换句话说，作者能够在仅使用一个激光源和低频电子元件的情况下，通过OFM来传输更高的微波信号，并有效抑制了模间色散损伤。当传输速率分别为60Mb/s和120Gb/s时，传输频率23.7GHz的64-QAM射频信号，使用MMF均能实现4.4km的较长传输距离。而两个传输速率下的误差向量幅度（EVM）值分别低于4%和4.8%。
2．全光时钟恢复系统：
    加拿大研究者为光网络突发模式传输提供了一种时钟恢复方案。在发射端，作者使用DML做光源，利用DML信号由“1”对“0”转换时的驰豫振荡作为时钟信号的报时音。在接收端，信号被光电二极管（PD）接收后被转化为电子信号。然后电子信号被分为两路，一路用于正规信号解调，另一路用于时钟恢复。对于时钟恢复这一路，经过电流放大器放大，被连接到一个注入锁模振荡器（ILO）中。根据注入电流，ILO恢复出了时钟信息，输出正弦时钟电压信号。之后再经过一个电子延时模块，以便补偿由于误差导致的时钟与信号失配。最后放大后的信号和恢复的时钟共同经过一个触发器恢复出数据信息。总的来看，作者的设计在发射端使用了廉价的DML，在接收端使用电子元件完成时钟恢复，没有使用额外的光电元件，因此最大的优势是系统构成简单，具有明显价格优势。
    葡萄牙研究者则对基于两断增益耦合分布反馈激光器（TS-DFB）的全光时钟恢复系统做了研究，重点考察该系统工作性能。为了提高灵敏度，作者使用的TS-DFB利用注入锁定效应工作在相干模式，但该工作模式对波长漂移和偏振变化却比较敏感，因此还需要波长转换元件来改善稳定性。作者提供了一种一阶带通滤波器模型来表征相位噪声的影响，并实验验证了该模型的精确性。作者证明对该类型时钟恢复系统，定时抖动直接与相位噪声功率谱密度相关。但具有较低截至频率的相位噪声传递函数却并不能贡献较低的定时抖动。
3．波长转换：
    Southern California大学的研究者设计制作了一个偏振不敏感的波长转换系统。系统分为两部分，首先入射信号和一路连续波（CW）探测信号共同经过一个SOA，利用交叉偏振调制（XpolM）效应将信号由强度调制转化为偏振调制。第二部分是一个周期性极化的铌酸锂晶体（PPLN）。PPLN起到差频发生（DFG）和二次谐波发生器（SHG）的作用。由于PPLN作波长转换是偏振高度敏感的，因此将第一部分的输出信号作为PPLN波导的泵浦信号，与另外一路CW载波作用共同输入，可以将偏振态的变化精确反应在波长转换效率的变化上。经过DFG过程，获得波长转换后的强度信号输出。通过二阶设计，作者实验显示了对2.5Gb/s信号，可以将波长转换的偏振敏感性降低到1dB以下。同时作者证明，如第一阶用高非线性光纤来实现XpolM，则可以对10Gb/s的较高调制速率信号完成偏振不敏感波长转换。
    此外，加拿大研究者则对使用SOA和延时干涉仪结构的波长转换系统，噪声传递特性做了研究。证明噪声传递对SOA的增益饱和效应高度依赖。
4．光器件与工艺：
    西班牙研究者对光刻工艺中的掩膜校准过程做了研究。对接触式或接近式的掩膜板曝光，需要将掩膜板与芯片精确对准，特别对那些需要多次套刻的系统，对准要求更高。为此，通常是依靠将二维零位光栅编码和寄存光输出信号重叠，来实现高精度对准的。作者指出由于集成器件小型化的趋势，要求掩膜对准精度达到纳米量级。然而受到衍射极限的限制，通常难以获得很高精度的对准。为此，作者使用基因算法优化设计了二维码形，使得对衍射的公差得到提高，有利于获得高精度掩膜校准。
        此外，加拿大研究者制作了大调制带宽的Raman光纤激光器，可以实现从1075到1135nm，带宽60nm的可调发射，对6.5W的泵浦功率，能够获得高达5W的Stokes转换输出；新加坡研究者则就ASE噪声对主动锁模激光器性能的影响做了分析；台湾大学的研究者使用Cr4+：YAG晶体光纤制作了超连续的ASE发生器，并证明发射效率直接与晶体光纤芯层直径相关；北海道大学研究者优化设计了三角空气硅接触界面的光子晶体光纤，极大降低了波导传输损耗；意大利研究者讨论了通过表面稀释和光纤包层局域或全部脱膜等方法制作啁啾光纤光栅的问题，并探讨了该类型器件在传感和通讯的可能应用；加拿大研究者利用迭代优化的方法设计了折射率变化大的强限制波导光栅；日本Hosei大学的研究者理论设计了高性能的偏振转换器，然而该器件核心结构是一个三角形截面的波导，这种波导在工艺上很难精确实现。