3/16/2014,光纖在線訊，2014年2月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：光網絡及子系統、無源和有源光子器件、光傳輸、光調制與光信號處理、光纖技術，筆者將逐一評析。

作者：光纖在線特約編輯 邵宇豐 王煉棟 

1. 光網絡及子系統
　　室內光通信網絡必須支持大量各種類型的服務，這類服務與不同的需求相關，例如通信帶寬、服務品質以及可靠性。在保持低成本和低能耗水平的同時，室內光通信網絡還必須同時支持有線連接方式和無線連接方式。來自荷蘭埃因霍芬理工大學電氣工程系計算機化布爾可靠性分析學院的研究人員提出了在室內寬帶接入網絡領域使用光通信技術解決方案的最新研究結果。研究人員回顧了低成本低能耗融合光纖室內網絡的建筑結構、經濟性和技術手段，并與當前的銅線解決方案進行了比較，特別關注了高容量多模（可塑）光纖技術、光載無線通信技術，按需提供容量技術和無線光通信技術。最后，研究人員從技術演進的角度描繪了如何通過引入這些強有力的技術和光通信網絡架構成逐步滿足室內光通信多用戶接入需求的。
　　
　　來自NEC公司和NEC實驗室的研究人員提出并討論了軟件定義網絡（SDN）的擴展問題，以及為了動態(tài)柔性網格波長電路設計而涉及的關于光纖接入/匯聚網的OpenFlow技術原理。第一個實驗演示了基于OpenFlow 1.0的柔性網格λ-流架構，這是用于每蜂窩150 Mb/s動態(tài)速率的4G正交頻分多址（OFDMA）移動回程（MBH）網，這個移動回程網建立在10 Gbps無源光網絡（PON）上且沒有光網絡單元（ONU）側光學濾波、放大或相干檢測，此外還詳細描述承載光網的20多公里1:64分光的標準單模光纖（SSMF）。研究人員所提出的方法很有吸引力，可以通過光纖接入/匯聚網絡在傳統光纖基礎設施上支持高速度、低時延、高服務質量（QoS）的點播業(yè)務。
2. 無源和有源光子器件
　　大氣中灰塵、水蒸汽等紊動對光信號的干擾（大氣湍流）和指向誤差會引起自由空間光通信信號強度的起伏波動并由此削弱鏈路性能。在過去科研人員提出了幾種可以減輕信號波動的接收器結構，但這些現有接收器高度依賴于信道模型和模型參數，因此如果信道模型或模型參數不正確的的話，接收器的性能將會惡化。來自新加坡國立大學電氣與計算機工程系的研究人員開發(fā)了基于廣義似然比檢驗原則的維特比型網格搜索順序接收器，共同檢測數據序列和估計未知信道的增益。這種接收器對導引符號的需要量很少，因此不會明顯降低帶寬效率。這種接收器很健全，因此它能夠連續(xù)使用最大似然法（ML）來估計未知信道增益而不需要了解信道模型，并相應地適應判決度量。在慢時變環(huán)境下接收器運行良好，誤碼性能接近采用對信道增益有正確理解的最大似然法檢測結果，同樣用于構成該序列檢測度量的內存長度也相應增加。這樣，就獲得了一種新的、帶判決反饋的、近似于序列接收器性能的逐符號接收器，它具有更低的實現復雜度和更高的內存效率。
    傳統電子互連技術在帶寬上漸漸出現的瓶頸問題，帶動了對光通信技術的思考，并研究在對互補金屬氧化物半導體兼容的硅基納米光子平臺實現這一技術。在硅基光子平臺上，硅基微環(huán)諧振器得到了極大的關注，這種諧振器具有實現片上光網絡關鍵功能的能力，同時還有卓越的能效性和小尺寸的特征。然而，硅基微環(huán)結構非常容易因制造誤差和溫度變化受到不良影響。集成加熱器可對單個微環(huán)提供局部加熱，這是校正這些影響的一個方法，但還沒有大范圍實現校正過程自動調整的解決方案。在這種情況下，來自美國哥倫比亞大學電氣工程系、加拿大麥克馬斯特大學工程物理系和加拿大Ranovus公司的研究人員提出了把抖動信號的使用作為廣泛應用的方法來自動調諧波長和保持微環(huán)諧振器熱穩(wěn)定。研究表明，該技術在低速模擬和數字電路中被證明是有效的，這個結果使該技術的應用能擴展到一個完整的光子互連網絡。
比利時根特大學信息技術系和校際微電子中心的科研人員提出了高速突發(fā)模式接收器（BM-RX）設計原則和各種類型電路的架構，包括突發(fā)模式轉阻抗放大器、突發(fā)模式限幅放大器、突發(fā)模式時鐘和數據恢復電路。10 Gbps高速突發(fā)模式接收器（BM-RX）的最新發(fā)展是很矚目的，包括雙速率操作與無源光網絡（PON）的部署共存，芯片上自動產生復位來消除由無源光網絡（PON）介質訪問控制而產生的外部時序關鍵控制信號。

　　一種基于磷化銦（InP）的緊湊型集成發(fā)射器（組件中包括一個可調諧激光器和一個雙層嵌套馬赫-曾德爾調制器（矢量調制器）），在32 Gbaud的速率下，被成功用來產生經奈奎斯特預過濾的正交相移鍵控（QPSK）信號和16進制正交幅度調制（16-QAM）信號。通過使用外部偏振復用（PDM）仿真和數字相干檢測，來自阿爾卡特-朗訊公司貝爾實驗室和奧蘭若公司的研究人員在一個小型商用化設備上實現了數據傳輸速率為128 Gbps的偏振復用正交相移鍵控（PDM-QPSK）信號和數據傳輸速率為256 Gbps的偏振復用16進制正交幅度調制（PDM-16-QAM）信號，這種設備最初的設計是用于數據傳輸速率為40 Gbps的直接檢測差分正交相移鍵控（QPSK）信號；并且分別在長度8000公里和長度960公里的標準單模光纖上傳送了這兩種信號。研究人員還將其與基于鈮酸鋰矢量調制器的集成發(fā)射器進行了性能比較，這種發(fā)射器采用高性能的100千赫外腔激光器和低成本的200千赫至400千赫集成激光器組成光學本機振蕩器。在數據傳輸速率為100 Gbps和200 Gbps的長距離相干光傳輸系統中，集成了激光矢量調制器的全磷化銦發(fā)射器被認為是一種切實可行的解決方案。
3. 光傳輸
　　對光在雨霧傳播中出現多重散射效應的研究，是采用蒙特卡羅數值光子傳播仿真的方法。雨霧由水滴組成，通過實際水滴大小分布等參數來描述，相關水凝物的 物理參數主要包括降雨強度、液態(tài)水含量、霧氣中液滴有效半徑和大氣能見度。捷克計量學院頻率工程系研究人員進行的仿真結果表明，由于降雨導致的光衰減要比單次散射預測的低兩倍。霧引起的衰減也降低了最低能見度。通過仿真獲得了雨霧中光學信道的脈沖響應并提供了傳播延遲依賴性的明確模型。實際條件下，在1公里長的自由空間光學（FSO）路徑上，降雨引起的均方根延遲散布被限制在10ps以下。中霧和濃霧可能導致延遲散布達到50ps或更大。得出的結果說明自由空間光學信道的頻率特性會因雨霧而受損。
　　最近,隨著基于互聯網協議服務的盛行，數據包迅速成為數據流量的主流。這就提高了對傳輸網絡的技術要求,要求其具有很大的容量以便對基于分組和基于電路的數據流量都能有效適應；同時要實現能與傳統的傳輸網絡（如同步數字傳輸網或光傳輸網）相媲美的高可靠性、可操作性和可維護性。NTT網絡服務系統實驗室的這項研究給出了包括以太網和多協議標簽交換（MPLS）在內的分組傳輸技術的概述，并提供了多協議標簽交換-傳送架構（MPLS-TP）技術的詳細資料，這是最近開發(fā)的一種很有前途的下一代分組傳輸技術。其標準化內容在國際電信聯盟、電信標準部和互聯網工程任務組中同樣有描述。接著，為使多協議標簽交換-傳送架構（MPLS-TP）技術在包含傳輸網絡匯聚層的應用上既合算又運行簡單，研究人員因此給出了需要進一步研究的觀點。
　　來自阿爾卡特-朗訊公司貝爾實驗室、安捷倫科技有限公司、瑞士洛桑聯邦理工學院、西班牙塞維利亞大學信號理論與通信系的研究人員展示了基于全電多路復用技術、采用數字相干檢測的高速光傳輸系統，其碼元速率為80 Gbaud和107 Gbaud。在107 Gbaud下，演示了一個單載波偏振復用正交相移鍵控（PDM-QPSK）系統，其線路速率為428 Gbps。 在80 Gbaud下，實現了線路速率為640 Gbps的單載波系統，采用的是偏振復用16進制正交幅度調制（PDM-16-QAM）技術。運用兩個光學子載波，研究人員展示了一個1-Tb/s光接口，并在超過3200公里的超大型有效面積光纖上、以200 GHz間隔進行了長距離的波分復用（WDM）傳輸。
　　來自泰科電子海底通信公司的研究人員通過采用奈奎斯特頻譜整形和數字反向傳播（DBP），在6.0 b/s/Hz下傳送106個200 Gbps的信道超過10290公里。 53個400 Gbps的信道被傳送超過9200公里，并且檢測到兩個200 Gbps波長同時使用一個寬帶接收器。對使用數字反向傳播（DBP）技術獲得的效益與信道預加重、每信道平均發(fā)射功率和傳輸距離的關系通過實驗進行了調查。研究人員發(fā)現使用數字反向傳播（DBP）技術獲得的效益與信道功率和傳輸距離成比例關系。測量結果與理論值匹配良好。
　　
4. 光調制與光信號處理
　　關于在未來光接入網絡中實現基于光收發(fā)器的實時數字信號處理（DSP）是一個急需突破的研究難點。來自英國威爾士班戈大學電氣工程學院的研究人員介紹了含收發(fā)器的正交頻分復用（OOFDM）光通信系統搭建的基本原理，以及相關的數字信號處理（DSP）實現。接著廣泛回顧了過去幾年中，在端到端光正交頻分復用（OOFDM）收發(fā)器中實現實時數字信號處理（DSP）的實驗證明。
　　
　　光信號處理涉及到了光學領域和信號處理領域的方方面面，即非線性設備和工藝流程、模擬和數字信號以及先進的數據調制方式，用于實現高速信號處理功能，以便在光纖通信中的線路速率下具有運行能力。信息可以在幅度、相位、波長、偏振和光波的空間特征中被編碼以實現大容量傳輸。近期對關鍵技術的進一步研究集中在對一種或多種方式編碼數字信號進行光信號處理上。各種光學信號的非線性和色散處理已被證實在關鍵子系統中應用，如波長變換、多播、多路復用、多路解復用和可調光延遲。最后，來自謝明南加州大學電氣工程系和美國英飛朗公司的研究人員回顧了高速光信號處理在信號的均衡、信號的再生、靈活信號產生以及光控制信息（光邏輯和光相關）領域應用方面的最新進展。
　　來自澳大利亞墨爾本大學電氣與電子工程系的研究人員提出并論證了通過對兩個連續(xù)信號模塊的主載波或子載波之一進行相位切換來實現無衰減雙邊帶直接檢測。所提出的方法有對偏移正交頻分復用（OFDM）的電頻譜效率（SE）兩倍化，和使電頻譜效率（SE）與單邊帶正交頻分復用（OFDM）的相同。研究人員進行了數值模擬并驗證了系統對偏振模式色散和激光相位噪聲的魯棒性。實驗結果表明，在采用單偏振和單個檢波器的標準單模光纖上，速率為40 Gbps的直接檢測光正交頻分復用（OOFDM）信號可成功傳送的距離超過80公里。
　　來自葡萄牙阿威羅大學電子電信與信息系的研究人員通過數值模擬和實驗證明了在奈奎斯特16進制正交幅度調制的相干無源光網絡上，可采用一種雙向超過T比特的超密集波分復用（UDWDM），在12.8納米的總頻譜范圍內來為每個用戶/波長提供高達10Gbps的服務能力，標準單模光纖上的傳送距離超過40公里。研究人員首先證實了奈奎斯特脈沖在采用相干收發(fā)器的超密集波分復用（UDWDM）網絡上減輕串擾的能力，這些串擾是因后向反射和非線性因素產生的。在本文的后半部分，研究人員通過實驗研究了在不同的網絡傳輸容量（例如不同的用戶數量和不同的單個用戶傳輸速率）情況下，主要受接收器靈敏度和非線性容差影響的雙向傳輸。
　　來自澳大利亞悉尼大學物理學院光子與光學研究所和莫納什大學電氣與計算機工程系光學系統超寬帶設備中心的研究人員,在研究過程中證明了光學傅立葉變換和全光正交頻分復用（OFDM）發(fā)射器中的循環(huán)前綴可以通過使用液晶硅基波長選擇開關（WSS）同時實現。本文的設計是在波長選擇開關（WSS）的輸入端采用經過相位調制的光脈沖，這樣做的優(yōu)點是光調制器在每個數據碼元上只由光脈沖采樣一次，以使數據碼元之間的轉換時間不影響系統性能，從而允許使用慢速光學調制器。此外，波長選擇開關（WSS）的每路輸入都可以被分配給輸出子載波頻率的任意組合，包括與梳理源模態(tài)頻率無關的頻率。當需要通過申請額外的波長來測試運行中的超高帶寬系統時，這就顯得特別有用。例如，研究人員生成了一個10.08 TB/s的信號并沿光纖傳送了857.4公里，使用的是252個帶有10％循環(huán)前綴的10 Gbaud子載波。研究人員還通過光條紋數字子載波解復用器同時檢測三個子載波,這些子載波使用的是單個相干接收器。
　　
5.1 光纖技術
　　來自荷蘭埃因霍芬科技大學COBRA學院、英國南安普敦大學光電子研究中心、德國慕尼黑工業(yè)大學等的研究人員介紹的第一個實驗證明是在空芯光子帶隙光纖（HC-PBGF）中進行波分復用（WDM）和模分復用（MDM）相結合的光傳輸。為達到這個目的，使用了310米長、37芯核心幾何形狀的新型低損耗寬帶空芯光子帶隙光纖（HC-PBGF）。研究人員詳細揭示了這種新型光纖的模態(tài)性質，說明了其不存在表面模式和低模串擾，因在空芯光子帶隙光纖（HC-PBGF）中采用波分復用（WDM）和模分復用（MDM）傳輸而達到了73.7 Tb/s的最高紀錄。對幾種調制方式進行測試，顯示出非常不錯的效果和穩(wěn)定的性能。接著通過對單模傳輸和模分復用（MDM）傳輸進行深入觀察來評估傳輸特性，結果顯示37芯空芯光子帶隙光纖（HC-PBGF）模態(tài)特性的一致性良好。