1.保密通訊:
除了OCDMA能提供高保密通訊傳輸外,尚有許多保密程度更高的通訊技術,但這些都處于實驗階段,屬于新概念技術。鑒于本期有一些這方面的研究結果,因此打算簡單對他們的概念做下介紹。
量子密碼(QKD):這是一個將密碼術與量子力學相結合的保密通訊技術。在傳統光通信里,信息的保密程度主要是通過算法的復雜度來實現的,而QKD則根據量子力學的不確定性原理以及量子不可克隆定理,任何竊聽者的存在都會被發(fā)現,從而保證密碼本的絕對安全,也就保證了加密信息的絕對安全。對QKD,目前主流的實驗方案則用光子的相位特性進行編碼。本期日本三菱電子的研究者使用連續(xù)波泵浦,脈沖驅動的單光子源,在80km的單模光纖中進行了單光子干涉實驗,并通過有效調節(jié)和,低抖動控制等改進,成功抑制了長距離QKD面臨的色散和偏振抖動等不利因素。這是目前為止,國際上最長距離的單光子干涉實驗。
混沌光通信:要理解這個概念可分三個層次:(1)先明白啥是混沌:混沌現象是非線性系統中出現的確定性的、類隨機的過程。它是非周期的、有界的、但不收斂的過程,并對初始條件極為敏感。(2)理解怎么和通信掛鉤:混沌保密通信的基本思想是利用混沌信號作為載波,將傳輸信號隱藏在混沌載波之中,或者通過符號動力學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解調出所傳輸的信息。(3)怎么用光通信的方式來實現:發(fā)射端主激光器(ML)通過自適應混沌掩蓋(ACM)、簡單加兩個混沌信號做混淆、混沌漂移鍵控三種方式任選其一實現混沌發(fā)射,在接收端也使用從激光器(SL),并以閉環(huán)結構,可進行同步處理恢復操作,提取出ML輸出信號。這需要ML和SL參數高度匹配。本期意大利研究者對混沌光通信的系統構成做了研究。作者在收發(fā)都使用閉環(huán)結構,發(fā)射端在同個載波上多次加載混沌波,在接收端,靠同步處理,減去SL的混沌波來獲得接收信號。作者證明Manchester 編碼(MC)是特別適合混沌光通信的編碼方式。能夠有效抑制信號的高頻漂移,比起NRZ信號能獲得高得多的Q因數。
2. 光收發(fā)模塊:
相干探測比起直接探測能獲得高得多的靈敏度,但對系統要求也更高。因此限于綜合性價比考慮,目前商用情況并不好。對相干探測,影響性能的關鍵因素是相位噪聲。以前的評論曾多次談到采用DSP模塊做電子色散補償能夠消除相位噪聲的影響。但對相干光通信,DPS的補償能力卻不足以消除相位噪聲對系統性能的退化影響。因此對相干光通信必須要在發(fā)射端采用具有更窄線寬的光源,以抑制相位噪聲。此前的研究報導對相干系統,多采用外腔可調激光器做光源。這類光源具有非常窄的激光線寬,但物理尺寸較大,很難成功商用。本期意大利研究者對相干光通信做了研究。作者采用商用動態(tài)可調激光器模塊(DTL)做光源,對10Gb/s光相干系統進行了實驗,信號采用BPSK格式,其相干探測系統包括兩個主要元件,一個是光干涉儀,用于過濾偽光譜成分,另一個是副載波光鎖相環(huán),用以實現相干探測目的。這里最主要的成果是證明了商用DTL非常適合于相干光通訊。實驗里作者使用的DTL為Prelli公司產品。光源為蝴蝶結封裝,因此物理尺寸很緊湊,激光線寬為5.75MHz,而測試結果現實了該類型光源能提供非常低的相位噪聲,作者稱這是出乎他們意料之外的發(fā)現。從而證明Prelli-DTLs能成功用于實時相干光通訊系統,且不需要DSP等其他補償模塊。
韓國研究者通過集成電路工藝制作了光發(fā)射模塊。作者在一塊芯片上陣列集成了四個VCSEL激光器,再在上層生長了多模聚合物波導結構,末端刻蝕成45度光反射鏡面,用于將VCSEL發(fā)射90度轉角,并將光導入波導傳輸。作者實驗測試了該模塊能成功實現10Gb/s的信號發(fā)射,功耗大致在7dB左右。由于采用了集成電路工藝,因此該模塊的顯著優(yōu)勢就是制作成本低,易于批量化生成。
3. 光傳輸實驗:
英國研究者開展了RZ調制單通道42.7Gb/s信號的光傳輸實驗。對這樣的高速大容量網,最近普遍采用電子色散補償來消除色散。但本文,作者采用的是光增益均衡(OEQ)技術來降低非線性信號扭曲。一個電子色散補償器通常只對一個特定波長通道起作用,因此需要在每個接收器前都使用這樣的補償器。而OEQ的一個優(yōu)點就是能開展全通道范圍的補償。通過OEQ的使用,作者能將放大器使用的間隔擴展到107.5km。而最大傳輸距離也由原來的2043km擴展到3010km。簡單的說,該項工作的意義就是通過實測證明了OEQ對高速信號非線性扭曲的良好補償能力。
美國Discovery Semiconductor的研究者就10.7Gb/s無中繼傳輸做了實驗研究。在不使用光放大等中繼信號恢復元件基礎上,作者可以實現304km的傳輸距離,這應該是當前最長的無中繼傳輸實驗了。但為了實現這一目標,作者可謂費勁心力,在光收發(fā)端用了可以想到的一切信號質量恢復措施。首先,發(fā)射端對信號做了DPSK調制,抑制非線性損傷,在接收端前用電子色散補償器做信號閾值判定,再通過相干探測來提高探測靈敏度。
4.網絡系統優(yōu)化:
浙大的研究者對WDM-PON或WDM/TDM-PON的通道保護做了資源優(yōu)化研究。通過利用相鄰ONU的互聯特性,以及陣列波導光柵復用器的環(huán)形光譜特性可以節(jié)省一半的通道保護所需波長資源,且將連接的可獲得性提高了一個數量級;武漢大學的研究者對深空間光通信,提出了一種被稱為LDPC-APPM的信號調制技術,比起傳統格式,在該應用上能獲得更好的性能。該調制格式是通過對外層奇偶校驗檢查碼、interleaver、比特累加器和脈沖位置調制集中碼串聯實現的,在接收端作者使用了標準的turbo解碼技術;臺北大學的研究者就光纖CATV傳輸系統做了研究,證明在加入低頻邊模注入鎖定技術后能有效增加附屬激光器的共振頻率,進而能獲得相當優(yōu)異的單模光纖傳輸性能。
5.信號損傷:
Bell實驗室的研究者通過快速偏振鉗制(PS’s)和前向糾錯(FEC)技術相結合,補償了PMD對光傳輸系統性能的影響。證明通過合適選擇PS’s的數目,令其達到14時,可以將系統PMD公差提高50%左右,并將中斷概率降低到10-5數量級;JDSU的研究者則證明在一階PMD被補償后,二階PMD(SO-PMD)對信號的損傷與信號調制格式直接相關。比如對雙二進制調制格式,信號對SO-PMD比對色散的影響敏感的多,而NRZ-OOK格式信號則更敏感于色散的影響。此外,對雙二進制信號,當一階PMD被補償后,差分群時延(DGD)也會明顯影響信號傳輸質量。
6.無源器件:
韓國Yonsei大學的研究者制作了全光纖波長可調帶通濾波器,該器件通過螺旋面的長周期光纖光柵(HLPFG)、環(huán)形中空光纖、多模光纖等全光纖器件串聯組成。因此該器件在實現濾波的同時還兼具了多模對單模的模式轉換功能。而波長可調功能則是靠加在HLPFG區(qū)域的扭轉應力變化來實現的。該器件還具有較好的偏振不敏感特性;比利時研究者證明對光纖光柵結構,色散和DGD都會對雙折射產生一定影響,進而影響器件的強度響應特性;硅納米線波導是近來廣受關注的集成技術,本期Columbia大學的研究者在5cm長的硅納米集成芯片上實現了1.28Tb/s的數據容量(32通道,單通道40Gb/s調制)。作者證明在這種超高密度芯片上,損耗會隨著通道數量而發(fā)射變化。當單通道被使用時,插損為0.6dB,但當24個通道被使用時,插損上升到3.3dB。
7.有源器件:
荷蘭研究者基于InAs-InP材料的微共振環(huán)結構制作了電泵浦的半導體激光器,在有源增益區(qū)使用了量子點結構,在室溫下能夠實現1.55μm的光通信波段發(fā)射。微環(huán)結構直徑22μm,波導寬度2μm,激光器閾值電流為12.5mA;California大學的研究者在VCSEL激光器制作中,采用高折射率差的亞波長光柵做反射鏡,能夠明顯增加制作公差。當光柵間隔變化40%時,激光僅發(fā)生2nm的波長漂移;韓國研究者實驗制作了結構非常緊湊的多波長激光器,通過結構優(yōu)化消除了調制區(qū)域的多模跳變現象,并可以分別對每個波長進行獨立調節(jié)。因此該激光器非常適合于波分復用應用。作者通過該激光器成功實現了1.25Gb/s信號的直接調制,并實現了20km的無誤碼傳輸。
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