4/21/2006,自從05年年底PTL更換主編后，我們可以發(fā)現(xiàn)該期刊無論從形式還是從內(nèi)容上都發(fā)生了不小的轉(zhuǎn)變。首先從形式上PTL由原來的月刊改為了半月刊（為了評述方便，我仍每月評析一次）；而內(nèi)容上的變化同樣顯著，這點從評析順序上大家也許可以留意到，以往評論PTL的時候，第一部分我習慣以半導體激光器開始，因為前主編是這方面的權威，每期PTL有1/3是這方面的內(nèi)容。然而新主編Christopher R. Doerr博士，來自朗訊，是網(wǎng)絡與系統(tǒng)領域的專家，這點也反映到了期刊內(nèi)容的選取方面，現(xiàn)在單期網(wǎng)絡與系統(tǒng)方面的篇數(shù)已經(jīng)取代了半導體激光器，成為PTL的重頭內(nèi)容。這也是最近我的評析開始把網(wǎng)絡與系統(tǒng)放在第一部分的直接原因。
一、 光網(wǎng)絡與系統(tǒng)：
1. OCDMA：網(wǎng)絡方面論文增多最直接的表象就是有關OCDMA的研究開始增多，該技術受到的關注程度由此可見一斑。本期有關該技術的研究主要有：（1）目前的OCDMA系統(tǒng)，普遍采用最簡單的On-Off鍵控的調(diào)制格式，該格式信號質(zhì)量容易受到相干拍頻噪聲和多址干擾的影響。我們也多次提到很多研究者認為改用DPSK格式信號，可以有效改進系統(tǒng)的噪聲公差。本期來自大阪大學的研究者就對使用DPSK格式的相干OCDMA系統(tǒng)作了實測，認為比起On-Off鍵控，現(xiàn)在的調(diào)制格式具有如下優(yōu)勢：具有更高的接收靈敏度、具有對多址干擾和拍頻噪聲更大的容忍度、不需用動態(tài)閾值設定（通常為適應用戶數(shù)目動態(tài)改變而設置）和更高的系統(tǒng)安全性；（2）在OCDMA系統(tǒng)里，每個用戶被分配一個碼片，如何高效的實現(xiàn)編解碼是一個關鍵問題，最近的一些研究普遍使用AWG、FBG和環(huán)路器組合實現(xiàn)這樣的功能。本期Arizona大學的研究者提供了一個更為簡便的結構，其在SOI材料上制作了一個不對稱的Y分支波導，并在波導上制作了左右有二分之一周期錯位的Bragg光柵，這樣不對稱的光柵能夠使反射光由奇模向偶模轉(zhuǎn)換，且只有發(fā)生這樣的轉(zhuǎn)換才能滿足Bragg反射條件。另外其兩個Y分支波導壁寬度也不對稱，入射端窄（只傳輸奇模），而光柵反射后的輸出壁則較寬，正好可以滿足讓偶模傳輸，因此既避免了回損對輸入的影響，也不再需要使用環(huán)行器；（3）已有的OCDMA系統(tǒng)，單用戶速率一般維持在2.5Gb/s左右，本期普林斯頓大學的研究者報導了其單用戶5Gb/s的實測OCDMA系統(tǒng)。為實現(xiàn)波長對時間的編碼，作者采用了超連續(xù)的光源，且多個這樣的編碼器被使用以形成一個星型網(wǎng)絡。對每個用戶使用可調(diào)的集成光延時線實現(xiàn)有選擇的解調(diào)，且每個用戶使用了一個光閘，以抑制多址干擾。其測試系統(tǒng)里同時使用了八個用戶，且每個用戶碼列上載時沒有使用同步裝置；（4）基于多波長正交碼的OCDMA系統(tǒng)，容易受到電流損傷的影響。本期葡萄牙的研究者提出了一種新的多波長光正交OCDMA方案。該方案使用了環(huán)行碼，這樣讓相鄰兩波長正交的話，就可以直接使用臨近的波長，從而簡化了發(fā)射裝置，使得兩個用戶同時使用一個編解碼器成為可能。要實現(xiàn)這樣的波長正交，作者使用了基于高雙折射光纖制作的FBG。
2. DPSK調(diào)制格式：（1）利用差分相移鍵控對噪聲和非線性的抵御力，可以有效提升光網(wǎng)絡單通道傳輸速率。近年來單通道調(diào)制速率不斷的從10Gb/s－20－40－80－160Gb/s。然而值得注意的是現(xiàn)在通用的研究或商用系統(tǒng)很少有單通道速率超過40Gb/s的。這是因為通常40－80 Gb/s的跨越是通過偏振復用的方式實現(xiàn)的。這就需要使用相對原來兩倍的發(fā)射或接收單元，且整個系統(tǒng)調(diào)控變得更復雜，因此系統(tǒng)成本會隨著傳輸距離指數(shù)上升。另外不要說80Gb/s，就連40Gb/s也很難實現(xiàn)長距離操作。前年朗訊利用單偏振實現(xiàn)了單通道42.7Gb/s，共2800km的長距離傳輸，本期來自Bell實驗室的研究者對同一系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)公差（如色散、PMD和窄帶濾波等）對單通道42.7Gb/s的DQPSK信號傳輸?shù)挠绊�。實測表明傳輸性能穩(wěn)定，該格式的信號已經(jīng)具有商用化的潛力了；（2）對使用DPSK格式的傳輸系統(tǒng)，由于探測器干涉計頻率相對光源時常發(fā)生偏移，直接影響到探測效率和誤碼率。本期三星電子的研究者將相位調(diào)制的信號在進入干涉計前轉(zhuǎn)換為強度調(diào)制信號，然后對其頻率相對光源頻率的漂移進行了實時監(jiān)控，這樣可以及時進行頻漂補償，提高探測效率。其探測范圍從10MHz到2GHz，基本覆蓋了可能引起的頻漂范圍。
3.網(wǎng)絡系統(tǒng)方面的論文主要還有：（1）NTT的研究者將光時鐘晶體管陣列與金屬-氧化物-半導體電子元器件集成在一塊InP芯片上，這樣的OEIC模塊被用來實現(xiàn)并列變串行，或串行變并列的光標簽交換；（2）日本Electro-Communications大學的研究者將三個基于半導體光放大器的波長轉(zhuǎn)換器級聯(lián)，其中每個轉(zhuǎn)換器針對不同的增益帶寬，這樣他們實現(xiàn)了從1320nm到1610nm的大范圍波長轉(zhuǎn)換；（3）加州大學的研究者研究了對雙二進制信號，使用不同相干探測方案下的量子效率極限。結果證明對零差、外差同步和外差異步三種探測方式，其量子極限分別為15、30和31photons/bit；（4）介紹過很多DQPSK調(diào)制格式的應用，其實連續(xù)相位頻移鍵控信號（CPFSK）也是在長距離通訊系統(tǒng)里很有應用潛力的一種調(diào)制格式。與DQPSK的調(diào)制方式相比，CPFSK式使接收機易于實現(xiàn)，對相位穩(wěn)定度要求不高， 不易受外界溫度噪聲的影響，且具有較低的信號解調(diào)功耗。本期日本國家信息技術研究院的研究者對10Gb/s外部調(diào)制的CPFSK信號提供了一種同步控制技術。其主要利用了上下邊帶的FSK信號在同相時能夠漂移到其他邊帶區(qū)域的原理實現(xiàn)同步，這樣的同步控制可以讓時鐘信號和數(shù)據(jù)信號間的失配低于25％。
二、有源器件：
1. 量子點激光器：與量子線或量子阱激光器相比，量子點激光器具有更低的閾值電流密度，更高的特征溫度和更高的增益等許多優(yōu)勢。這些優(yōu)勢主要來自于量子點結構三維受限而引起的一系列有趣物理效應，如量子效應、量子隧穿、非線性光學等。對這些效應的合理運用都有助于改善材料的性能，制作出許多性能優(yōu)良的器件。本期有關量子點激光器的研究主要有：（1）以InP為基底的量子阱激光器制作成本高，室溫性能較差。特別由于缺少適合于制作Bragg反射鏡的半導體材料，而使得制作適合中長距離應用的長波VCSEL激光器異常困難。因此工作在1.3μm的以GaAs為基底的量子點激光器，很有希望取代InP為基底的量子阱激光器。本期臺灣成功大學的研究者就報導了其相關研究，作者基于GaAs材料，制作了1.3μm的量子點VCSEL激光器。其量子點結構仍采用最普遍的自復合技術，其激光器室溫功率為330μW，通過邊模抑制，實現(xiàn)了消光比為30dB的單模輸出；（2）英國Cardiff大學的研究者就GaAs基底上生長基于InAs的1.3μm量子點激光器作了研究，側重點在于研究無輻射復合工藝，作者證明在300K的溫度，即使注入電流密度很低的情況下，也有80％的復合過程以無輻射形式發(fā)生；（3）Wisconsin-Madison大學的研究者研究了以MOCVD工藝生長量子點激光器過程里溫度所扮演的角色。作者指出，對五層的量子點激光器，達到外腔差分量子效率所對應的特征溫度，至少比通常的量子阱激光器要高400K，而閾值電流密度對應下的特征溫度則比量子阱激光器要低100K；（4）德國研究者則使用InP–GaP材料制作了量子點LED，獲得了綠光輻射（550nm）。另一個有趣現(xiàn)象是通過對電流密度調(diào)節(jié)可以讓光從綠向紅逐漸轉(zhuǎn)變。
2. 調(diào)制器：（1）電吸收調(diào)制器現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應用于從2.5Gb/s-10Gb/s的傳輸系統(tǒng)中。然而比起MZ調(diào)制器，電吸收調(diào)制器有相對較大的啁啾系數(shù)，因此容易受到色散的影響。通常對未經(jīng)過色散補償?shù)?0Gb/s系統(tǒng)，采用電吸收調(diào)制器一般只能維持80km的傳輸距離。本期三星電子的研究者對此作了改進研究。作者通過電吸收調(diào)制器實現(xiàn)了CPFSK-ASK格式的調(diào)制，利用該格式信號每個間隔處大小為π的相位漂移來及時完成對頻率漂移的補償，靠這樣的辦法，可以將無色散補償傳輸距離提高25％－75％左右；（2）對基于電吸收調(diào)制器的發(fā)射機，由于易受到量子受限的Stark效應影響，因此必須加上熱冷卻裝置，以維持輸出的穩(wěn)定性。本期德國Ulm大學的研究者基于InGaAlAs–InP材料，單片集成了電吸收調(diào)制器和激光器，且它們共享一個有源層，靠動態(tài)調(diào)節(jié)調(diào)制器的偏壓，實現(xiàn)了從20－70攝氏度的溫度獨立的工作。其調(diào)制速率為40Gb/s，在上述溫度范圍內(nèi)動態(tài)消光比至少為8dB，對光纖耦合后的功率平均為0.85mW。
三、無源器件：
（1）環(huán)行共振器是一種非常重要的無源器件，在光加減復用、光交換中都有廣泛的應用。本期意大利的研究者仍基于該結構制作了偏振轉(zhuǎn)換器。其顯著特點是通過共振頻率和結構自由光譜范圍的調(diào)整可以實現(xiàn)適應WDM應用的周期性頻譜響應，這個特性可以讓器件應用在偏振復用網(wǎng)絡里；（2）丹麥的研究者基于SOI材料制作了2×8的功分器。有特色的是其采用了紫外直寫技術制作波導結構，這是一種被認為相對通常半導體工藝更簡單高效的技術。靠該技術制作的功分器顯示了低損耗、均勻性好的特征。紫外直寫是一種性價比很高的集成器件制作工藝，美中不足的是技術尚不成熟，只能制作結構相對簡單的器件，迄今為止，利用該技術制作的器件僅局限于分束器、耦合器等簡單結構。（作者 浙江大學宋軍博士）