从OECC看国内外通信业的发展

    在亚太地区，以光电子为主题的三大学术研讨会有日本OECC，中国APOC以及韩国的EOCC。继去年APOC2002在上海召开以后，本月中旬在上海国际贵都大酒店举行了OECC2003。虽然收到“非典”的影响，会期一再推迟，但是会议论文的水平并未因此而受到影响。来自日本、韩国、澳大利亚、新加坡、马来西亚、印度、欧美和港台地区、以及国内各大专院校、科研机构及光通信和光电子产业系统共二十三个国家和地区近400名海内外代表参加了会议。借此会议，我们对亚太地区光电子行业当前发展也有了一些宏观认识。
    本届会议共邀请国内外著名专家学者作大会报告、特邀报告和辅导报告75篇、口头报告244篇和张贴报告117篇。会议按照议题分为六个分会场。
              

        
                图 1  OECC2003论文分布以及各个专题论文分布
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1.第一个专题：关于光纤、光缆和光学测量，。
这一专题与会者讨论较多的是光子晶体和掺杂光纤材料，其中光子晶体相关报告有十多篇，日本研究小组介绍了光子晶体的发展以及应用。随着光子晶体种类多样化，将光子晶体光纤分为常规光子晶体光纤（PCF）、光子带隙PCF和多小孔PCF。不同结构的PCF将会应用在光纤色散、光衰减以及无损耗弯曲等方面（如图1，2）。
        
      图 2  各种结构的光子晶体光纤（左），色散平坦PCF（右）
        
          图 3 光子晶体光纤衰减器（左），以及保偏光子晶体（右）
    在光电子材料的研究方面，多为光纤或者光波导放大器的掺杂材料，例如：韩国报道的镧系光纤材料用于制作宽带光放大器，上海光机所的离子交换制备铒镱共掺光波导材料用于制作光波导放大器等等。随着光纤系统可用带宽延伸至整个频段范围，相应波段的光放大器的研究也逐步兴起。
2.第二个专题是无源光器件和模块
    这一专题与会者讨论较多的是基于光纤光栅的光子器件、基于MEMS技术的器件、基于波导技术的器件、光衰减器和增益平坦滤波器等。由于光纤光栅良好的滤波特性和紧凑结构，人们仍旧在挖掘光纤光栅应用潜力。日本不断改进基于啁啾光纤光栅的色散补偿方案，此次报道了通过两个悬臂梁应力调谐机构的配合，实现了中心波长不漂移的色散斜率补偿器；Lightwave2020的J.J.Pan报道了基于取样光栅的多信道色散斜率补偿器。
    
  图 4 日本基于啁啾光纤光栅的色散斜率补偿方案（左），Lightwave基于取样光纤光栅的多信道色散斜率补偿方案（右）
    MEMS技术是实现光电集成的一项关键技术，此次会议相关报道有：吉林大学的低电压MEMS光开关；天津大学的Torsion-Mirror激励器，可应用于光开关和光衰减器上，南洋技术大学的基于MEMS技术的可配置OADM。
    
      图 5  Torsion－Mirror激励器（左），基于MEMS技术的可配置OADM（右）
    波导技术是光电集成的另一项技术，复旦大学报道了采用sol-gel技术制备功能/非功能材料混合的波导材料；浙江大学报道了非对称Y分叉全反射光开关；日本国立Yakohama大学报道了基于垂直耦合微腔谐振环的光学器件，通过波导热光效应实现调谐范围达9.4nm的可调谐滤波器（调谐速度为0.32nm/5ms；日本Waseda大学报道了在多模光波导上通过模式转换实现光滤波。
       
    图 6  垂直耦合微腔谐振环在光滤波器、光分波器等方面的应用
    此外，对传统光器件也有新技术突破，Fujikura公司报道了由五根光纤熔锥拉制成的1×4星型耦合器；J.J.Pan等报道了小型低插损衰减范围达50dB的液晶光衰减器，可以用于S-band,C-band以及L-band，其温度不稳定特性通过开环电子监控和调整得到控制；日本光子实验室报道12.5Ghz信道间隔的波导光梳状滤波器等等。
      
图 7 熔锥拉制的1×4星型耦合器（左），液晶衰减器的温度稳定控制方案（右）
3.第三个专题是有源器件和模块
    这一专题主要集中在多信道波长转换器、宽带光源以及光纤激光器等等。多信道波长转换器(MWC)主要解决了多信道广播以及透明波长转换的问题，与单信道波长转换器(SWC)类似，MWC也利用XGM或者FWM等非线性效应来实现多个波长转换。
◆香港中文大学将10Gbps信号与反向传播的6个CW光源同时输入10G电吸收调制器中，利用XAM效应实现信号转换到6个波长上，见图7（a）
◆韩国电信研究所将2.5Gbps信号承载到泵浦光，与40路CW激光源同时进入半导体光放大器，利用SOA的XGM效应将信号转换到40路CW光源上，见图7（b）
    

         (a)                          (b)
                         图 8 多个信道的波长转换器
    在宽带光源方面，围绕Raman放大器特性研究以及EDFA宽带光纤放大器的研制。
◆南洋理工大学采用遗传算法研究了传输线路特性对于Raman放大器的影响
◆韩国国立光州大学研究设计Raman放大器的算法
◆北京大学研究了影响Raman放大器增益相关功率波动的因素
◆Sprint公司研究了分离Raman放大器中两级泵浦光的能量优化
◆日本Sumitomo Electric Industries研究了高非线性光纤中的波长相关瞬态现象
在EDFA方面，也有许多新的进展：
◆澳大利亚Melbourne报道了利用6端口光环行器和EDF组成的双向放大EDFA，可以用于光纤系统的双向改造
◆Fujitsu公司报道了统一节点多个EDFA情况时，主从EDFA模式简化管理的方式
◆Lightwave2020公司报道无制冷、城域网EDFA的快速瞬态控制方案，以及FBG和C波段种子源组成的低损耗、高效率L波段EDFA
◆朝鲜信息通信部报道了采用混合级连掺锑和掺铒光纤，改善EDFA的温度稳定特性
　　　　
                            图 9 双向放大EDFA的示意图
    光纤激光器方面，其结构越来越丰富，研究人员充分利用我们已知的多种光电器件，如光纤环形镜、FP激光管、FP滤波器以及光纤光栅等等。此外，上海光机所报道了双包层光纤激光器，其输出功率打到10W，是目前国内有实验报道的最大输出功率。
◆香港中文大学将光纤环行镜、啁啾光纤光栅、延时线和SOA组成线性腔，通过调节延时线的时延特性，使得激光器输出波长不同，其消光比达到16.4dB，见图10（a）；
◆南洋理工大学在Sagnac干涉仪可调谐环形激光结构中引入全保偏光纤环形镜（APM-FRM），通过调整APM-FRM的偏振控制器，就可以实现激光器不同波长的输出，见图10（b）；
◆台湾国立交通大学FP-LD外腔注入、环形的双波长激光器，可用于测量等；
◆香港理工大学和南洋大学研究FP滤波器和通带滤波器组成的环形腔光纤激光器，调节FP滤波器，可以输出不同波长；
     
                             (a)
     
                             (b)
                  图 10 波长可调谐的光纤激光器
其他技术涉及到高速全光网络的整形、再生等应用，有
◆香港中文大学具有振幅均衡和脉冲整形功能的全光波长转换；
◆北方交通大学采用长周期光纤光栅制备的电光Polymer调制器；
◆香港中文大学在色散位移光纤中利用交叉相位调制效应实现非线性脉冲的压缩和重整；
◆香港理工大学实现了多波长注入锁定LD实现全光NOR门栅；
  4.第四个专题为光网络传输
    这一专题主要涉及光纤传输系统以及器件在系统中的影响，会议上有报道的系统有：
◆清华大学在240km跨度上采用MZ外调制、载波抑制RZ码传输10bps信号
◆韩国三星电子在负色散光纤（＋4ps/nm.km）系统上，使用10Gbps直接调制激光器，其传输距离达到320km
◆日本 Sumitomo Electric Industries在非零色散光纤上实现40Gbps传输系统
◆韩国先进科学技术大学报道了信号速率为2.5Gbps、信道间隔为5GHz的480km单模光纤WDM传输系统
◆日本Fujitsu实验室报道了43Gbps×54信道的2.16Tbps传输系统，信道间隔为75GHz，码型为NRZ码也有一些新兴技术：
◆香港城市大学报道了基于混沌的安全通信系统，其中应用光纤光栅激光器做为混沌源和解混沌装置；
◆澳大利亚The University of Melbourne利用相移光纤光栅产生无源光时钟信号
◆丹麦技术大学报道了通过高非线性光子晶体光纤，实现80Gbps光取样
5.第五个专题是光网络和管理
    本专题中，光分组交换网是个热点，但是不同地区这方面的研究重点不同，中国主要几种在ASON方面的研究，特别是电信传输研究所对于中国ASON网络发展的描述，给出了近些年中国ASON网络发展的轨迹；韩国多为EPON网络方面的报道；日本多为基于波长标记交换的光分组交换。
6.第六个专题是光纤传感以及生物光学领域
    近期由于光纤通信行业的低弥，光纤传感研究越来越多，而采用光纤光栅技术成为光纤传感的主要研究技术。充分利用了光纤光栅对应力、温度敏感的特性，光纤光栅传感系统可以用于物件微裂、物体应变、分布式传感以及温度传感等方面。其中值得注意的是重庆大学研究小组将光纤FP腔同光纤光栅相结合起来作为光纤探测头，并在此方面做了多种方案研究。J. J. Pan也报道了一种利用多个光纤光栅做分布式传感的系统，充分利用了时分复用和波分复用技术，提高了光纤光栅传感系统的应用范围。在信号解调方面，上海光机所报道了线性三角光纤光栅，南开大学则利用长周期光纤光栅透射边带具有良好线性作为信号解调装置。其他还有一些关于生物光学、液晶显示、生物芯片等方面报道。
国内光电子行业的科研形势
    从这次OECC国际会议，可以比较一下国内光电子行业同国外光电子行业之间的异同。
　　首先，日本和韩国在集成光电子上有突出的优势，特别是光波导以及MEMS技术的应用和实用技术的研究。在国内，浙江大学光波导方面开展了许多研究课题，吉林大学和天津大学也有一些MEMS研究报道，复旦大学采用sol-gel技术制作光波导等等。这些研究大多数处于波导材料和技术方面的基础研究，如何进一步将这些材料应用到器件上还有待深入研究。
其次，对于传输介质研究，日韩多注重光子晶体这种新型材料，并将其应用于实际器件，如光衰减器，保偏材料等。国内此次会议没有光子晶体方面的报道，可见国内对于光子晶体的研究还处于开始介入的阶段，研究成果较少。
　　第三，无论是无源器件，还是有源器件，国内在器件研究思路上还不够广。香港、台湾和新加坡等地区的科研单位已经将研究瞄准高速光网络中必须的一些器件单元，如多波长转换器、光时钟发生器等等，国内科研仍旧局限在光纤激光器和简单无源器件范围内，创新意识还不够强。
当然这次国际会议让我们瞥见了亚太地区光电子行业的一角，因而不能说明什么重要问题，但是简单对比让国内的同行更能清楚看到差距和优势，更发展中国光电子产业的急迫感和精神动力。