一．網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
    每年第一期PTL論文數(shù)量相比往常都會(huì)少很多，本期也一樣，所以可圈可點(diǎn)的好文章并不太多。光網(wǎng)絡(luò)方面主要有兩篇關(guān)于WDM-PON的文章，兩項(xiàng)研究側(cè)重點(diǎn)有所不同。
    第一篇來自臺(tái)灣交通大學(xué)，作者基于WDM-PON進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，上下載信號(hào)均使用DPSK調(diào)制格式，在無色散補(bǔ)償下實(shí)現(xiàn)了20km的傳送。而整個(gè)工作的新穎點(diǎn)在于其信號(hào)上載部分。和現(xiàn)在熱門的研究一樣，作者在實(shí)現(xiàn)“無色”傳輸?shù)幕�礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用對(duì)下載信號(hào)波長(zhǎng)的再利用，以降低系統(tǒng)成本。所不同的是這里作者具體的波長(zhǎng)再利用方案相比以往有了改善，避免了對(duì)下載信號(hào)消光比的要求。先來看下作者的整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成和工作過程。信號(hào)下行發(fā)射是通過對(duì)DFB激光器1548nm波長(zhǎng)的連續(xù)光進(jìn)行預(yù)編碼產(chǎn)生非歸零（NRZ）數(shù)據(jù)后，再使用基于鈮酸鋰的相位調(diào)制器做調(diào)制，獲得10Gb/s的DPSK信號(hào)。信號(hào)20km的傳輸分兩段，后10km是普通下行光纖，而前10km采用雙反饋架構(gòu)，以減少瑞利散射對(duì)前端接收器（Rx）的影響。信號(hào)在進(jìn)入ONU后，首先經(jīng)過一個(gè)光環(huán)路器分為兩部分，一路會(huì)有10%功率的下載信號(hào)先經(jīng)過可調(diào)衰減器（VOA）進(jìn)行增益均衡，再經(jīng)過EDFA做預(yù)放，最后再經(jīng)過一個(gè)延時(shí)干涉儀對(duì)DPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。而另一路擁有約90%功率的下載光用于波長(zhǎng)再利用，以再調(diào)制上載信號(hào)進(jìn)行傳輸。再調(diào)制單元也在一個(gè)相位調(diào)制器上完成，而整個(gè)操作實(shí)質(zhì)上是在待上載信號(hào)Dup與原下載信號(hào)Ddown之間做了一個(gè)“異或”（⊕）的邏輯門操作。利用Ddown⊕Ddown＝0，而0⊕Dup＝Dup的原理，讓再調(diào)制信號(hào)里只包含待上載信號(hào)的相位信息。經(jīng)過測(cè)試，作者證明當(dāng)原下載信號(hào)消光比為11.7dB時(shí)，再調(diào)制的上載信號(hào)仍能維持7.2-8dB的較高消光比。在這之前的再調(diào)制方案都對(duì)下載信號(hào)具有較高消光比要求，因此作者現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)更適合未來DWDM的應(yīng)用趨勢(shì)。此外整個(gè)再調(diào)制過程的功耗大約0.6dB左右，產(chǎn)生定時(shí)抖動(dòng)誤差低于20ps。整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求發(fā)射功率至少達(dá)到15dBm。
    第二篇研究來自香港大學(xué)，研究的側(cè)重點(diǎn)是在傳統(tǒng)提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)服務(wù)的WDM-PON基礎(chǔ)上，融入了對(duì)下載信號(hào)的組播服務(wù)。在光發(fā)射部分，作者先使用一個(gè)商用與非門產(chǎn)生一個(gè)反轉(zhuǎn)歸零（IRZ）形狀的波形，用它來驅(qū)動(dòng)一個(gè)光強(qiáng)度調(diào)制器就產(chǎn)生了一路IRZ格式的信號(hào)，這些強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)用于提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸服務(wù)。再將來自各收發(fā)模塊的下載信息經(jīng)過AWG波分復(fù)用，復(fù)用信號(hào)經(jīng)過EDFA放大后，一起通過相位調(diào)制器，該相位調(diào)制器由預(yù)編碼的待組播數(shù)字信號(hào)做驅(qū)動(dòng)。這樣待組播信號(hào)就可以以DPSK格式也被調(diào)制在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)下行信號(hào)上。這樣，就在同一個(gè)WDM-PON里，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和組播兩種服務(wù)。在這個(gè)基礎(chǔ)上作者又進(jìn)一步做了改進(jìn)，如果將下行信號(hào)中，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸信號(hào)先后經(jīng)過一個(gè)與非門，和一個(gè)直接驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)度調(diào)制器，則點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信號(hào)將以NRZ格式傳輸。然后類似前面的過程，也可以將待組播的信號(hào)以DPSK格式也調(diào)制在NRZ信號(hào)上。但對(duì)這種NRZ強(qiáng)度調(diào)制基礎(chǔ)上的DPSK信號(hào)，在ONU，如果NRZ信號(hào)的消光比太大（高于4.7dB），則無法通過延時(shí)干涉儀對(duì)強(qiáng)度組播信號(hào)做正確相位解調(diào)。利用這個(gè)原理，作者在每個(gè)光收發(fā)模塊上加了一個(gè)額外的電子模塊，通過OLT上對(duì)每個(gè)收發(fā)模塊進(jìn)行電子控制，可以有選擇的改變各NRZ信號(hào)的消光比，進(jìn)而只讓有需要的ONU能接收到較低消光比（低于4.7dB）NRZ信號(hào)，這樣才能對(duì)其組播的DPSK信號(hào)作正確解調(diào)。在實(shí)用角度，也就是說通過對(duì)OLT每個(gè)收發(fā)模塊電子控制，可以只對(duì)訂閱服務(wù)的目標(biāo)用戶實(shí)現(xiàn)組播。
    光梳狀發(fā)生器有許多應(yīng)用，如任意波前發(fā)生、OCDMA系統(tǒng)的譜相位編碼等。對(duì)這些應(yīng)用，要求梳狀信號(hào)發(fā)生器具有等間隔、光頻穩(wěn)定以及增益平坦等性能。利用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)梳狀發(fā)生的渠道有很多，目前較受關(guān)注的一種是對(duì)連續(xù)光進(jìn)行外部調(diào)制。本期Central Florida大學(xué)的研究者就采用了這種思路生成了超平坦的梳狀信號(hào)。作者對(duì)連續(xù)光的外部調(diào)制是通過一個(gè)相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)的，利用兩個(gè)正弦波來驅(qū)動(dòng)該相位調(diào)制器，且兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度和頻率都不同，通過對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化選擇，能夠?qū)崿F(xiàn)不同間隔和梳線數(shù)目。當(dāng)梳線條數(shù)由9－11變換時(shí)，實(shí)驗(yàn)獲得的梳狀信號(hào)增益變換好于0.8－2dB。
    美國(guó)AZNA-FINISAR公司的研究者設(shè)計(jì)制作了專用于WDM應(yīng)用的可調(diào)光發(fā)射模塊。整個(gè)模塊被封裝在一個(gè)蝴蝶結(jié)型盒子內(nèi)。該可調(diào)激光器能夠在C波段實(shí)現(xiàn)30nm帶寬內(nèi)10.7 Gb/s的可調(diào)發(fā)射。作者實(shí)驗(yàn)證明使用該可調(diào)激光發(fā)射模塊能夠在無任何色散補(bǔ)償?shù)那闆r下實(shí)現(xiàn)200km的傳輸。當(dāng)使用電子色散補(bǔ)償模塊后，傳輸距離還可以擴(kuò)展到300km。來簡(jiǎn)單看一下作者設(shè)計(jì)發(fā)射模塊的結(jié)構(gòu)：首先10Gb/s的高速數(shù)據(jù)通過一根共面波導(dǎo)連接至一1×8的RF光開關(guān)（Hittite HMC323）。開關(guān)的八個(gè)輸出通過微條線與八個(gè)DFB激光器陣列相連。每個(gè)DFB激光器是400微米長(zhǎng)的掩埋型異質(zhì)結(jié)激光器，且具有相位漂移光柵結(jié)構(gòu)。通過光柵部分的熱調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇。DFB陣列的輸出在電控MEMs轉(zhuǎn)鏡控制下，經(jīng)過一共焦透鏡聚焦，再經(jīng)分束器，有5%能量用于功率控制，95%用于輸出。這部分輸出能量經(jīng)過一個(gè)隔離器后，再連接一個(gè)分束器，一部分能量與跟蹤探測(cè)器相連，用于波長(zhǎng)鎖定，另一部分能量經(jīng)過光譜再成形濾波器后，經(jīng)過透鏡聚焦，耦合進(jìn)入尾纖輸出。
二．光有源器件：
   在半導(dǎo)體激光器中，量子點(diǎn)和量子阱激光器都是近年來廣受關(guān)注的類型。相比之下兩者互有優(yōu)劣，量子點(diǎn)激光器溫度穩(wěn)定性比量子阱好，但增益水平不如量子阱激光器高。本期有兩篇關(guān)于量子阱激光器的研究，都是面向WDM應(yīng)用。但一個(gè)是實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)發(fā)射，另一個(gè)是實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)可調(diào)輸出。加拿大研究者在1.6微米波段實(shí)現(xiàn)了0.8nm間隔的24個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射。全部波長(zhǎng)最大功率變化為8dB。比起通常的量子點(diǎn)激光器，作者的器件具有高信噪比特性，在采用了InAs-InGaAsP量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)后，其信噪比可以高達(dá)62dB。作者的激光器有源層由五層InAs量子點(diǎn)組成，以27nm為周期，以InGaAsP做緩沖層；另一項(xiàng)研究來自英國(guó)研究者，作者以InP為基底，制作了三段結(jié)構(gòu)的可調(diào)分布Bragg反射激光器，能在1550nm波段實(shí)現(xiàn)8nm范圍的可調(diào)發(fā)射，最大輸出功率為20mW。其三段結(jié)構(gòu)包括：500微米長(zhǎng)的增益區(qū)域，100微米長(zhǎng)的相位結(jié)構(gòu)和700微米長(zhǎng)的Bragg反射區(qū)。而有源區(qū)域是使用了六層8nm厚的嵌入在量子阱區(qū)域的InAs量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
    半導(dǎo)體環(huán)形激光器（SRL）因具有良好的自激雙穩(wěn)態(tài)特性，而在全光交換、光邏輯運(yùn)算以及光信號(hào)處理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。衡量SRL性能的最關(guān)鍵指標(biāo)之一就是器件的尺寸，受到光子生命周期的限制，只有將該器件尺寸降到幾十微米以下，才能達(dá)到皮秒量級(jí)的交換時(shí)間。本期英國(guó)的研究者設(shè)計(jì)制作了1.55微米波段的SRL器件。該器件采用兩個(gè)新穎的拋物線型內(nèi)反射鏡構(gòu)成激光腔，兩反射鏡被兩個(gè)鋸齒形脊形波導(dǎo)相連，構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)。該封閉結(jié)構(gòu)可以等效為一個(gè)半徑僅16微米的環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)室溫140微瓦的連續(xù)波發(fā)射，域值電流22mA。
    丹麥的研究者在980nm商用VCSEL激光器的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，在頂部DBR結(jié)構(gòu)上加了亞波長(zhǎng)光柵鏡結(jié)構(gòu)，兩者以一層薄薄的氧化層相隔。該亞波長(zhǎng)光柵實(shí)質(zhì)上可以等效為一個(gè)大有效折射率材料，因此與有源層本身形成大折射率差，起到強(qiáng)限制作用，抑制了高階橫模，進(jìn)而改善了器件的單模輸出功率。而這一層薄氧化層則具有改善機(jī)械穩(wěn)定性，以及進(jìn)一步改善單模特性等用處。
三．光無源器件：
    在AWG設(shè)計(jì)里，通道平坦化和通道均勻性都是很重要的性能指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)接近矩形的平坦頻譜響應(yīng)，比起通常的高斯頻譜響應(yīng)，能有效降低波長(zhǎng)漂移對(duì)探測(cè)的影響，從而不需要溫度穩(wěn)定元件，降低了系統(tǒng)要求。而在解復(fù)用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的通道均勻性也可以避免額外使用可調(diào)光衰減器，進(jìn)一步降低成本。本期臺(tái)灣大學(xué)的研究者在AWG每個(gè)輸出波導(dǎo)前都使用了一個(gè)多模干涉區(qū)域和一個(gè)漸變錐形波導(dǎo)區(qū)域。通過兩個(gè)額外波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的使用，能同時(shí)改善通道均勻性和頻譜平坦性。最終設(shè)計(jì)的器件1dB帶寬比通常器件大了44%，而20nm內(nèi)的通道非均勻度也低于1dB。
   單纖三向器件（Triplexer）是FTTH的核心器件之一。最常用的Triplexer是采用1550nm波長(zhǎng)下行傳輸模擬信號(hào)，采用1490nm窗口傳輸下行數(shù)字信號(hào)，而采用1310nm窗口做終端用戶上行使用。因此通常的Triplexer實(shí)際上就是一個(gè)粗波分復(fù)用器，將三路波長(zhǎng)分開或合在一根光纖上傳輸。本期有兩篇關(guān)于Triplexer的設(shè)計(jì)，其實(shí)原理大致相似，都是通過兩級(jí)結(jié)構(gòu)的級(jí)聯(lián)，即第一次先將1310nm波長(zhǎng)分開，第二部分再分開1550nm和1490nm波長(zhǎng)。韓國(guó)Kwangwoon大學(xué)的研究者是通過兩個(gè)Mach-Zehnder干涉器級(jí)聯(lián)，而韓國(guó)Hanyang大學(xué)的研究者則是通過兩個(gè)多模干涉耦合器級(jí)聯(lián)，相比后者結(jié)構(gòu)更加緊湊。