作者：浙江大學(xué) 宋軍 博士
一、 光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
1.3R應(yīng)用：
    對(duì)長(zhǎng)距離光網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)3R功能，即對(duì)信號(hào)再生、再整形、再定時(shí)是必需的步驟，這樣才能有效避免來(lái)自噪聲、功耗、色散以及非線性對(duì)信號(hào)質(zhì)量的損害�，F(xiàn)在，要實(shí)現(xiàn)全光的3R功能，已經(jīng)并不是什么難事。例如，使用基于MZ干涉儀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光放大器，以及同步調(diào)制器、FP濾波器等元件就能實(shí)現(xiàn)全光3R和全光時(shí)鐘恢復(fù)，且這樣的方案，已經(jīng)被許多研究者關(guān)注，技術(shù)已經(jīng)較為成熟。因此，當(dāng)前研究關(guān)注的重點(diǎn)已經(jīng)不再是如何實(shí)現(xiàn)全光的3R，而是如何更加有效的利用該功能。本期，有兩篇類似的研究，目標(biāo)都是通過(guò)級(jí)聯(lián)使用這類3R模塊，以求光信號(hào)在光纖里獲得超長(zhǎng)距離的低誤碼傳輸。但它們也有細(xì)微的差別，最主要的體現(xiàn)是針對(duì)的信號(hào)格式不同。我們可以對(duì)照的來(lái)看它們的研究：首先來(lái)看Furukawa Electric Co., Ltd.的一項(xiàng)研究，他們針對(duì)10Gb/s的NRZ信號(hào)，探索了長(zhǎng)距離通訊中3R模塊應(yīng)該如何更高效的使用。作者實(shí)驗(yàn)顯示每隔66km使用一次3R模塊，能夠穩(wěn)定保持對(duì)輸入33dB的信噪比，以這個(gè)間隔，作者顯示了66,000km的低誤碼傳輸。接著把3R使用間隔改為264km，作者證明可以維持25dB的信噪比，這樣至少可以保證26，400km的低誤碼穩(wěn)定傳輸；另一個(gè)研究來(lái)自California大學(xué)，系統(tǒng)和前面相似，所不同的是作者針對(duì)的是和上面同速率的RZ信號(hào)。另一個(gè)差別是，作者為了顯示3R的優(yōu)勢(shì)，有意選用了色散較差的光纖，這種光纖傳輸125km后，累計(jì)色散可以達(dá)到531.25 ps/nm。在這樣的光纖系統(tǒng)里，作者每隔125km使用一次3R模塊，實(shí)現(xiàn)了125,000 km的低誤碼傳輸，且在整個(gè)傳輸過(guò)程里，沒(méi)有使用任何色散補(bǔ)償單元。再回過(guò)頭來(lái)比較兩項(xiàng)研究，可以發(fā)現(xiàn)他們立足點(diǎn)相似，后者顯示了3R強(qiáng)大的色散補(bǔ)償能力，而前者則針對(duì)目前使用最多的NRZ信號(hào)，應(yīng)該對(duì)實(shí)用更具參考價(jià)值。
2．調(diào)制格式：
    首先還是看對(duì)DPSK的研究。在過(guò)去十多年內(nèi)，DPSK格式之所以受到研究者的追捧，主要有兩個(gè)原因，其一是其相對(duì)On-Off的鍵控方式，對(duì)3dB接收器具有更敏感的響應(yīng)；其二，也是最關(guān)鍵之處在于其對(duì)非線性影響具有天然的抵抗力。但盡管如此，對(duì)長(zhǎng)距離通訊，采用DPSK格式，信號(hào)仍多少會(huì)受到非線性的影響，這包括來(lái)自放大器線性噪聲的影響，以及影響來(lái)自光纖非線性效應(yīng)導(dǎo)致的非線性噪聲的影響等。本期雅典大學(xué)的研究者，就試圖研究如何有效抑制這些噪聲，以讓該格式能更穩(wěn)定的應(yīng)用于長(zhǎng)距離高速系統(tǒng)里。換句話說(shuō)，就是要利用DPSK的先天優(yōu)勢(shì)，再給予后天培養(yǎng)，讓它變成未來(lái)光通訊調(diào)制格式的最佳主角。作者使用的是四波混頻效應(yīng)，兩個(gè)遠(yuǎn)離中心波長(zhǎng)頻率的光子混合，生成兩個(gè)使用頻率的光子。也就是說(shuō)要使用兩個(gè)泵浦光。從作者結(jié)果上看，這樣的信號(hào)再生，除了能補(bǔ)償功耗，還能對(duì)相位進(jìn)行恢復(fù)，當(dāng)然這是對(duì)DPSK信號(hào)再生的必需條件；此外，三星的研究者研究了對(duì)DPSK信號(hào)的通道監(jiān)控技術(shù)，即對(duì)每個(gè)通道同時(shí)傳輸一個(gè)小強(qiáng)度的指引信號(hào)。通過(guò)測(cè)試，作者證明該指導(dǎo)信號(hào)與DPSK信息信號(hào)之間的串?dāng)_可以非常小。而且作者也暗示，當(dāng)DPSK用于WDM的調(diào)制格式時(shí)，也可采用這樣的通道監(jiān)控方式，不再需要使用解復(fù)用器的同時(shí)，且能實(shí)現(xiàn)低串?dāng)_的監(jiān)控。
    為了提高單帶通傳輸效率，很多人正在研究多級(jí)調(diào)制方法。在光通訊領(lǐng)域，全光的多級(jí)調(diào)制通常采用將基于強(qiáng)度調(diào)制的ASK格式與基于相位調(diào)制的DBPSK（或DQPSK）相混合的方案，以便在一個(gè)symbol內(nèi)，編碼多個(gè)字節(jié)。本期丹麥大學(xué)的研究者在40Gb/s特征頻率碼的基礎(chǔ)上，采用DQPSK-ASK的多級(jí)調(diào)制方案，獲得了120Gb/s的調(diào)制速率，之后再結(jié)合偏振復(fù)用技術(shù)，將調(diào)制速率進(jìn)一步上升到了240Gb/s。并且作者對(duì)這樣的多級(jí)信號(hào)做了測(cè)試，很多結(jié)果是有趣的。比如作者證明多級(jí)調(diào)制格式會(huì)比同速率的二進(jìn)制信號(hào)具有更佳的色散抵御力。同時(shí)作者也實(shí)驗(yàn)證明了這種240Gb/s的高速信號(hào)在沒(méi)有功耗補(bǔ)償?shù)那闆r下，也能維持50km左右的低誤碼傳輸。
3. 光交換：
    對(duì)光標(biāo)簽交換，采用SCM方式對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行編碼是較多使用的方式。在交換過(guò)程里，由于使用了可調(diào)激光器，通常會(huì)讓標(biāo)簽信號(hào)產(chǎn)生較大的旁瓣，在頻譜上，該旁瓣會(huì)拖到載波頻段，對(duì)光頻的載荷信號(hào)產(chǎn)生影響。本期愛(ài)爾蘭的研究者，針對(duì)這樣的串?dāng)_對(duì)交換性能的影響，做了研究。實(shí)驗(yàn)中，作者使用了基于WDM-PON的光標(biāo)簽交換系統(tǒng)，標(biāo)簽采用SCM的編碼方式，在40GHz的載波頻率上使用155Mb/s的調(diào)制頻率，而對(duì)有效載荷則采用40Gb/s的多進(jìn)制鍵控信號(hào)。該篇的有用之處在于以前對(duì)光標(biāo)簽交換的研究大多只局限于單通道，但象WDM這樣的多通道情況，研究的并不多。而作者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也很值得我們關(guān)注，因?yàn)樽髡咦C明在交換中使用高速可調(diào)激光器雖增加了靈活性，但給兩相鄰?fù)ǖ缼��?lái)的串?dāng)_也是相當(dāng)可觀的。此外，雅典大學(xué)的研究者利用商用的MZ光開(kāi)關(guān)結(jié)合半導(dǎo)體光放大器實(shí)驗(yàn)成功展示了標(biāo)簽/有效載荷的快速分離。
4. 光收發(fā)機(jī)：
    光發(fā)射機(jī)方面：（1）首先，西班牙的研究者研究了用于混沌通訊的光發(fā)射源。所謂混沌通訊，是一種利用了非線性光學(xué)里的混沌效應(yīng)的通訊方式。該效應(yīng)對(duì)特定初始條件會(huì)產(chǎn)生確定的，但又近似隨機(jī)的過(guò)程。因此它的表象非常接近噪音，顯然這對(duì)通訊而言再好不過(guò)了，因?yàn)樗�能提高信息的安全性。混沌通信的基本過(guò)程是利用混沌信號(hào)作為載波,將傳輸信號(hào)隱藏在混沌載波中,或通過(guò)符號(hào)動(dòng)力學(xué)分析賦予不同的波形以不同的信息序列,在接收端利用混沌的屬性或同步特性再解調(diào)恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔�。這里這篇文章提出了用于混沌通訊的光發(fā)射機(jī)方案，作者使用兩個(gè)具有腔內(nèi)反饋放大的多階激光器，兩個(gè)激光器被作者分別命名為主人和隨從激光器，主激光器的相位漂移能夠從隨從激光器下解調(diào)出來(lái)，靠?jī)?yōu)化兩激光器的分離長(zhǎng)度，可以讓其解調(diào)信號(hào)最大相關(guān)度達(dá)到80%，最小達(dá)到30%。靠這種相關(guān)度的變化，作者認(rèn)為可以讓該系統(tǒng)用于On-Off的相移鍵控調(diào)制，從而用于保密性高的混沌通訊。（2） 韓國(guó)研究者對(duì)FP-LD結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)，即在一個(gè)單元上同時(shí)使用兩個(gè)緊密接觸的FP-LD，它們共用一個(gè)陰極，但有不同的陽(yáng)極。在這樣變化后，作者制作了用于WDM-PON的光發(fā)射模塊，顯示的特殊之處在于其波長(zhǎng)對(duì)溫度的穩(wěn)定性特別好。在20度的范圍內(nèi)，無(wú)論怎么改變溫度，激光器的輸出包絡(luò)都能維持穩(wěn)定不變，且能維持誤差獨(dú)立的傳輸。這樣的結(jié)果是很有意義的，因?yàn)閷?duì)WDM，特別是DWDM應(yīng)用，保持波長(zhǎng)對(duì)溫度的穩(wěn)定性至關(guān)重要。因?yàn)槊總�(gè)通道非常窄，因此小的波峰漂移都會(huì)引起探測(cè)功率的急速下降。當(dāng)然讓輸出頻譜平坦化能在一定程度上緩解這個(gè)問(wèn)題，但效果絕對(duì)趕不上本文，能在這么大的溫度范圍內(nèi)，保持頻譜位置的絕對(duì)穩(wěn)定，通常這是很難做到的。（3）韓國(guó)首爾大學(xué)的研究者也使用FP-LD作為WDM-PON的光源，并采用超連續(xù)的限幅光作注入，制作了專門針對(duì)WDM-PON上載信號(hào)使用的光發(fā)射機(jī)，上載信號(hào)調(diào)制速率為1.25Gb/s。
    光接收機(jī)方面，加拿大的研究者展示了他們研制的用于波長(zhǎng)－時(shí)間編碼的OCDMA系統(tǒng)的光接收機(jī)。接收機(jī)主要功能有：在消除多址串?dāng)_的情況下量化信號(hào)，時(shí)鐘脈沖與數(shù)據(jù)的恢復(fù)，RZ-NRZ調(diào)制格式信號(hào)轉(zhuǎn)換，同步信號(hào)提取，利用Reed–Solomon解調(diào)器完成前向糾錯(cuò)等�？梢�(jiàn)其功能相當(dāng)全面，完全適應(yīng)了OCDMA的數(shù)字邏輯模式。

二、有源器件：
    （1）芬蘭的研究者在傳統(tǒng)LD后加了位相共軛鏡，并采用鍍?cè)龇茨さ墓庹圩兙�體組成反饋回路。共軛鏡端也具有1:1分束的效果，可以在一端穩(wěn)定輸出，另一端經(jīng)過(guò)反射模塊后，重新回到共振腔內(nèi)增益放大。位相共軛是非常重要的非線性光學(xué)現(xiàn)象，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于抗干擾系統(tǒng)。應(yīng)用在這里，顯然可以讓激光輸出對(duì)機(jī)械缺陷、裝配缺陷，以及環(huán)境變化都有良好的抵御力，且能夠?qū)崿F(xiàn)窄線寬，高穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）韓國(guó)研究者研制了用于WDM的可調(diào)激光器。作者將有源的半導(dǎo)體激光器和無(wú)源的聚合物波導(dǎo)光柵混合集成在一塊聚合物芯片上。兩者之間有一個(gè)相控的加熱器，用來(lái)對(duì)波導(dǎo)Bragg光柵區(qū)域加熱，從而改變光柵周期。顯然Bragg波導(dǎo)光柵對(duì)激光器起到一個(gè)選頻的作用，不同的周期對(duì)應(yīng)不同的反射Bragg頻率，也就是可以選擇不同的波長(zhǎng)被共振腔激勵(lì)放大輸出。通過(guò)這樣的調(diào)節(jié)，可以在光通訊中心波段實(shí)現(xiàn)26nm范圍的可調(diào)輸出；（3）IBM本期有篇文章是關(guān)于硅材料光接收器的，他們將SOI上的Ge激光二極管和CMOS的IC芯片鍵合在一起。在使用2.4V驅(qū)動(dòng)電壓下能實(shí)現(xiàn)對(duì)1.3μm波段信號(hào)15Gb/s的高速探測(cè)。這是目前硅鍺材料探測(cè)器方面的兩個(gè)世界之最，即探測(cè)速率最高和驅(qū)動(dòng)電壓最低；（4）西安光機(jī)所的研究者對(duì)傳統(tǒng)采樣光纖光柵做了改進(jìn)，使其能產(chǎn)生兩個(gè)強(qiáng)度均勻的反射峰，之后作者把這樣的結(jié)構(gòu)用在了光纖激光器中，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)輸出，而當(dāng)對(duì)激光器作波長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)，盡管兩個(gè)輸出波長(zhǎng)都變了，但它們的間隔卻能保持恒定；（5）類似的，新加坡的研究者將三個(gè)光纖光柵引入光纖激光器環(huán)行腔內(nèi)，并優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)超小間隔（50pm），功率均衡的波長(zhǎng)輸出，這樣的波長(zhǎng)輸出是面向超密集波分復(fù)用應(yīng)用的。