作者：浙江大學(xué) 宋軍 博士
一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
1.WDM
    Princeton大學(xué)的研究者在已商用的WDM-PON上結(jié)合展頻技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)某些特定波長(zhǎng)通道的安全、免竊聽(tīng)傳輸。所謂展頻，是擴(kuò)展頻譜(Spread Spectrum)的簡(jiǎn)稱(chēng)，其主要分為“跳頻技術(shù)”及“直接序列”兩種方式。這兩種技術(shù)都是非常常用的無(wú)線通訊技術(shù)，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀妆３中盘?hào)的穩(wěn)定性及保密性，所以在軍事上也有比較廣泛的運(yùn)用。對(duì)于一個(gè)非特定的接收器，展頻產(chǎn)生的跳動(dòng)信號(hào)是和脈沖噪聲是在一起的，無(wú)法分辨，因此靠這種工作模式，通訊的安全性能得到明顯改善。作者的系統(tǒng)原理如下，首先將某些特定波長(zhǎng)分配給一些保密要求高的信號(hào)通道，對(duì)這些通道的編碼使用的是跳頻技術(shù)，其采用可調(diào)延時(shí)線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率脈沖的延時(shí)調(diào)制。再將編碼信號(hào)脈沖經(jīng)過(guò)色散元件展寬后，可與通常的波分復(fù)用波長(zhǎng)通道耦合到一根光纖內(nèi)傳輸。在經(jīng)過(guò)EDFA放大后，會(huì)發(fā)現(xiàn)保密通道已經(jīng)在光纖平均噪聲線以下，因此任何通常的探測(cè)器都難以從噪聲信號(hào)里將這些保密信號(hào)分離探測(cè)出來(lái)。而在探測(cè)端，對(duì)通常信號(hào)仍使用相應(yīng)波長(zhǎng)的探測(cè)器解調(diào)。而對(duì)這些保密信號(hào)波長(zhǎng)，則先經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償光纖等補(bǔ)償元件作色散補(bǔ)償，恢復(fù)脈沖后，再針對(duì)不同的頻率使用可調(diào)延時(shí)線作解調(diào)，最終恢復(fù)出信號(hào)。
    對(duì)超密集波分復(fù)用(UDWDM)技術(shù)，目前最受關(guān)注的應(yīng)用在于要實(shí)現(xiàn)低色散、低非線性的大容量網(wǎng)絡(luò)傳輸。道理很簡(jiǎn)單，在單通道調(diào)制速率超過(guò)10Gb/s，特別達(dá)到40Gb/s以后，傳輸過(guò)程當(dāng)中，信號(hào)受非線性和色散的影響將非常嚴(yán)重，必須使用通道監(jiān)控，非線性補(bǔ)償、色散補(bǔ)償?shù)榷鄠�(gè)附加環(huán)節(jié)。而使用低通道調(diào)制速率的信號(hào)，如2.5Gb/s的調(diào)制速率則可簡(jiǎn)化這些附加系統(tǒng)，降低系統(tǒng)成本。而在使用低的單通道調(diào)制速率時(shí)要想保持較大的傳輸容量，對(duì)WDM網(wǎng)絡(luò)而言，惟一的方法就是降低復(fù)用通道的間隔，以便在有限光源帶寬內(nèi)復(fù)用更多的波長(zhǎng)通道。一般通道間隔低于25GHz的復(fù)用都可以被稱(chēng)為UDWDM。但要想維持低誤碼、低串?dāng)_的傳輸，對(duì)UDWDM要求還是很?chē)?yán)格的，特別是對(duì)通帶形狀和頻率穩(wěn)定性的要求上。隨之很多研究認(rèn)為使用相干光通訊的模式可以避免這些局限。但我們知道相干光通訊也并不容易實(shí)現(xiàn)，特別是在信號(hào)的發(fā)射與檢測(cè)上。不過(guò)到目前位置，已經(jīng)有了一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。例如早在94年就有成功的實(shí)驗(yàn)研究，基于相干光通訊實(shí)現(xiàn)了25GHz通道間隔，單通道2.5Gb/s調(diào)制速率的UDWDM應(yīng)用，這里其對(duì)相干光信號(hào)檢測(cè)采用的是外差探測(cè)的方式。本期意大利的研究者指出要想使用更窄的通道間隔，外差探測(cè)已不能滿足要求，而必須改使用零差探測(cè)的方式。其它部分類(lèi)似以前的系統(tǒng)，作者僅改用零差相干探測(cè)的方式，而信號(hào)調(diào)制采用二進(jìn)制的相位漂移鍵控格式，從而實(shí)現(xiàn)了2.5Gb/s單通道傳輸，頻帶間隔5GHz的UDWDM應(yīng)用，其零差探測(cè)的功耗大概是1dB左右。但必須承認(rèn)的是相干光通訊的方式雖降低了對(duì)信號(hào)穩(wěn)頻的要求，但其探測(cè)復(fù)雜，就成本來(lái)言，并不會(huì)比激光器穩(wěn)頻的花費(fèi)少。因此這些研究還僅能局限在實(shí)驗(yàn)室里。甚至?xí)�給人一種拆東墻補(bǔ)西墻的感覺(jué)。
2.OCDMA
    OCDMA在歷經(jīng)兩年左右持續(xù)火了一把以后，近期似乎又恢復(fù)了平靜，主要的光通訊相關(guān)期刊有關(guān)OCDMA的文章都劇減了下來(lái)。從這個(gè)表面現(xiàn)象也可以看出，在解決了調(diào)制等問(wèn)題后，要想讓該技術(shù)面向?qū)嵱眠�存在很多難題要解決。在我來(lái)到瑞典以后，這里一位從事光網(wǎng)絡(luò)研究多年的老教授一口咬定OCDMA是純粹的rubbish。他的理由是OCDMA需要比通常PON，如WDM，窄3個(gè)數(shù)量級(jí)的脈寬發(fā)射，這在他看來(lái)是impossible的，要應(yīng)用起來(lái)光源等的附加成本也許并不比直接用WDM-PON省錢(qián)，甚至成本更高。前不久我也曾收到一封信，對(duì)方問(wèn)OCDMA研究的潛力如何。這個(gè)問(wèn)題真的很難回答，我們無(wú)法肯定的說(shuō)它究竟多好或多壞。我的回復(fù)是應(yīng)用動(dòng)力有兩個(gè)，首先是軍用，其次是民用。之所以把軍用放在首位是因?yàn)镺CDMA比起其它PON畢竟還有些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如良好的保密性。對(duì)軍事應(yīng)用，很多情況下是性能因素遠(yuǎn)高于成本因素，而民用恰恰相反。因此該技術(shù)至少對(duì)軍用還是很有吸引力的。
     這都是一些題外話，不過(guò)最近幾期PTL或JLT有關(guān)OCDMA的研究確實(shí)少的可憐，零星的有一兩篇，而研究焦點(diǎn)也更分散，多是針對(duì)一些細(xì)節(jié)開(kāi)展的。例如本期Telcordia Technologies的研究者實(shí)驗(yàn)顯示了一個(gè)6用戶的譜對(duì)相位編碼的OCDMA系統(tǒng)。其特點(diǎn)是在編碼器上集成了可編程的環(huán)行共振腔，從而可以將所有用戶應(yīng)用譜寬壓縮在80GHz左右，大大提高了光譜利用率（這樣的利用率可以與100GHz間隔的WDM系統(tǒng)媲美）。此外作者使用了正交碼，從而可以有效降低多用戶串?dāng)_。
3.光收發(fā)機(jī)
    對(duì)WDM-PON應(yīng)用，常用的光發(fā)射器通�；�于DFB-LD和FP-LD兩種光源。后者價(jià)格便宜，但長(zhǎng)距離性能不穩(wěn)定，因此對(duì)中長(zhǎng)距離通訊通常使用前者。FP-LD之所以不適合長(zhǎng)距離工作，主要是其模斑質(zhì)量太差，多模振蕩嚴(yán)重，因此很容易產(chǎn)生模間色散。最近一些研究表明將FP-LD與限幅ASE光源結(jié)合使用能夠起到選模的作用，形成穩(wěn)定的單模工作。進(jìn)而使得該激光器有希望應(yīng)用于面向長(zhǎng)距離工作的光發(fā)射機(jī)。但是必須值得關(guān)注的是，ASE光源本身很容易受到強(qiáng)度噪聲的干擾，因此與FP-LD結(jié)合后的發(fā)射機(jī)同樣對(duì)強(qiáng)度噪聲非常敏感。本期新加坡的研究者對(duì)相關(guān)系統(tǒng)作了研究，作者首先證明了對(duì)特定靈敏度的接收器，存在一個(gè)最佳的限幅帶寬，以獲得最佳的旁瓣抑制。之后作者在光源后使用了SOA，證明可以有效抑制強(qiáng)度噪聲的影響。
    此外，韓國(guó)的研究者研制了專(zhuān)門(mén)針對(duì)強(qiáng)度/相位漂移鍵控?cái)?shù)據(jù)的光接收機(jī)。其特色在于作者在系統(tǒng)里使用了三個(gè)互有1字節(jié)時(shí)延的干涉儀，從而可以避免SPM對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
二、有源器件
1.半導(dǎo)體器件
    在InP基底上生長(zhǎng)的InGaAs PIN光電二極管是目前光通訊領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的接收器。其主要特點(diǎn)是具有較低暗電流、適中的工作帶寬和較大的光電轉(zhuǎn)化效率。為了進(jìn)一步降低器件成本，以便適合批量生產(chǎn)，現(xiàn)在很多研究改使用GaAs晶片做基底。當(dāng)然為了要讓晶格匹配，必須使用適當(dāng)?shù)木彌_層，常用的如InAlAs、InAs、InGaAlAs和InGaP。本期臺(tái)灣交通大學(xué)的研究者就在GaAs晶片上，生長(zhǎng)InGaP緩沖層，制得了面向OC-192光纖網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的In0 53Ga0 47As光電二極管。器件采用了廉價(jià)的TO-46封裝標(biāo)準(zhǔn)，帶寬達(dá)到8GHz，對(duì)10Gb/s信號(hào)的探測(cè)誤碼為10-9。其研究最大的價(jià)值在于器件工藝很適合批量生產(chǎn)。
    此外，希臘的研究者對(duì)InGaAsP–InP微型激光器的低頻相對(duì)強(qiáng)度噪聲作了有效抑制；Central Florida大學(xué)的研究者將堆片激光二極管和主振蕩器功率放大器集成在一起，用光柵實(shí)現(xiàn)兩者的光耦合，得到了模斑質(zhì)量非常好的半導(dǎo)體激光器；英國(guó)St. Andrews大學(xué)的研究者對(duì)量子點(diǎn)激光器制作中的表面復(fù)合率和擴(kuò)散長(zhǎng)度進(jìn)行了測(cè)量，并對(duì)這些參數(shù)如何影響器件性能作了分析。
2.光纖器件
    摻鉺光纖激光器利用FBG做波長(zhǎng)選擇可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)。但由于FBG的機(jī)械強(qiáng)度和溫度靈敏性都有限，因此這樣的可調(diào)激光器帶寬并不大。安徽光機(jī)所的研究者曾報(bào)導(dǎo)，通過(guò)一定的途徑可以讓激光器在L帶對(duì)一個(gè)較短波長(zhǎng)和一個(gè)較長(zhǎng)波長(zhǎng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)輸出，并通過(guò)對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)的獨(dú)立調(diào)節(jié)，可以讓可調(diào)激光器的輸出波長(zhǎng)覆蓋整個(gè)L帶。但這樣雙穩(wěn)工作需要脈沖電流來(lái)觸發(fā)泵浦源，這在一定程度上會(huì)縮短泵浦源的工作壽命。本期安光的研究組對(duì)以前系統(tǒng)做了進(jìn)一步改進(jìn)，作者通過(guò)3dB耦合器將一個(gè)偏振控制器連接到一個(gè)Sagnac光纖環(huán)里。通過(guò)對(duì)偏振控制器和FBG的共同調(diào)節(jié)，不僅能夠增加器件靈活度，而且也避免了脈沖電流對(duì)泵浦源的損傷。
    此外，清華大學(xué)的研究者在多波長(zhǎng)DFB激光器里使用了啁啾相移結(jié)構(gòu)，以對(duì)單波長(zhǎng)進(jìn)行獨(dú)立的共振調(diào)節(jié)，這樣可以獲得更穩(wěn)定的多波長(zhǎng)輸出；大阪大學(xué)的研究者使用摻鉍光纖放大器，在1300nm附近，近75nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)的及時(shí)放大。
三、無(wú)源器件
    波導(dǎo)光柵是一種光通訊里很常用的無(wú)源器件，有許多應(yīng)用，如可調(diào)濾波，可調(diào)延時(shí)、色散補(bǔ)償?shù)取２▽?dǎo)光柵的制作工藝也有很多，如電子束寫(xiě)入，激光干涉，光折變效應(yīng)寫(xiě)入、掩膜平板刻蝕等等。而從形成光柵種類(lèi)上看也既可以制成強(qiáng)度光柵，也可以制成相位光柵。本期荷蘭的研究者同時(shí)使用了平面刻蝕工藝和激光干涉原理，制作了高質(zhì)量的脊形波導(dǎo)光柵。依靠對(duì)脊形波導(dǎo)寬度的優(yōu)化刻蝕，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)透射譜的變跡操作。此外，加拿大的研究者使用紅外飛秒激光器在玻璃光子晶體光纖里寫(xiě)入了高折射率調(diào)制度的光纖光柵；另一個(gè)加拿大的研究組研制了周期性頻率濾波的梳狀濾波器，其原理是基于FBG在一定頻譜范圍內(nèi)的泰伯效應(yīng)（就是一定條件下光經(jīng)過(guò)周期性結(jié)構(gòu)而成像的現(xiàn)象）。同時(shí)作者通過(guò)光柵級(jí)聯(lián)的模式，成功刪除了該類(lèi)器件固有的相位抖動(dòng)現(xiàn)象。