1/10/2006，   一.網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
先來看本期幾個光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)測結(jié)果：
（1）為了節(jié)約運(yùn)營成本，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，并有效提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)穩(wěn)定性，越來越多的研究已經(jīng)傾向于傳輸過程不使用色散補(bǔ)償光纖（DCF）以及相關(guān)的光放大設(shè)備。通常要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸中不用色散補(bǔ)償，顯然只有兩個途徑，或者在發(fā)射端對色散進(jìn)行“預(yù)補(bǔ)償”，或在接收端通過電子色散補(bǔ)償?shù)确椒�，�?shí)現(xiàn)“后補(bǔ)償”。本期Bell實(shí)驗(yàn)室的研究基于前者。談到色散預(yù)補(bǔ)償，無疑補(bǔ)償強(qiáng)度是一個關(guān)鍵參數(shù)，預(yù)補(bǔ)償能力強(qiáng)，可以支持更長距離的傳輸。Bell采用的方法是在發(fā)射端基于DCF，加了兩個彼此互聯(lián)的循環(huán)網(wǎng)，這樣的結(jié)構(gòu)可以在實(shí)現(xiàn)較大預(yù)補(bǔ)償能力的前提下避免使用過長的DFC，進(jìn)一步節(jié)省了成本。該結(jié)構(gòu)色散補(bǔ)償能力可以從-5440ps/nm變化到-21760ps/nm。實(shí)際測試中，基于一16通道（50GHz間隔）DWDM系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，單通道使用10Gb/s的NRZ碼。對這樣的系統(tǒng)，作者通過實(shí)測實(shí)現(xiàn)了從320km到1280km傳輸距離的100％預(yù)補(bǔ)償。
（2）香港中文大學(xué)的研究者顯示了其具有自愈合能力的CWDM城域網(wǎng)。談到自愈合能力，通常都是采用兩個光纖環(huán)，一個作為通常的傳輸用，一個作為保護(hù)用。顯然這樣的結(jié)構(gòu)挺浪費(fèi)的，因此有研究者提出了單光纖環(huán)的雙向自愈合保護(hù)方案，在該方案中一般使用雙向的OADM結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在的研究里，作者從對星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，將雙向OADM簡化為單向工作方式，大大簡化了先前的設(shè)計(jì)。在實(shí)測中，作者的改進(jìn)系統(tǒng)顯示了對1.25Gb/sCWDM系統(tǒng)鏈路失敗的快速自愈合能力。
（3）多倫多大學(xué)的研究者基于漸變折射率多模光纖的局域網(wǎng)，使用窄帶高反射的多殼光纖光柵（FBG），實(shí)現(xiàn)了12個通道，300GHz間隔的WDM功能，其帶間隔離度在30dB以上。該研究開拓了基于多模光纖的局域網(wǎng)拓展系統(tǒng)容量的一個新方向。通常在局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)WDM功能，均使用一些體器件，無疑增加了對光纖的耦合損耗，也增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。而現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了無接頭的全光纖化應(yīng)用。作者也顯示了其多殼FBG的制作方法。
（4）在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淅铮瑢?shí)現(xiàn)雙向工作是提高系統(tǒng)容量，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)靈活性的有效手段，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸通常并不困難，但要實(shí)現(xiàn)雙向放大就非常困難了，一般要為此增加許多器件，并使用多段EDFA，不僅復(fù)雜度大為增加，而且由于自振蕩的影響，放大增益也受到了限制。本期臺灣交通大學(xué)的研究者提出了一種新穎的改進(jìn)方案，即使用一四個端口的interleaver，在確保雙向工作的同時，可以仍采用單向放大的模式，避免了不必要的麻煩。在實(shí)際測試中，使用單模光纖，以10Gb/s的調(diào)制速率工作，在實(shí)現(xiàn)210km雙向傳輸?shù)耐瑫r，誤碼率維持在10^-9以下。
網(wǎng)絡(luò)方面其他細(xì)節(jié)的研究還有：（1）清華的研究者提出基于相位調(diào)制的NRZ信號，對光纖非線性，及放大噪聲引起的色散具有更大的容忍度，更適合40Gb/s的高速傳輸應(yīng)用。作者也顯示了對不同色散程度，最優(yōu)的調(diào)制深度如何選擇；（2）Columbia大學(xué)的研究者對多階光互聯(lián)網(wǎng)的效率與成本提供了一些建議，考慮交換節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，建立了多階網(wǎng)絡(luò)成本計(jì)算的一般模型。作者還證明了3×3的交換節(jié)點(diǎn)比2×2的更加富有效率。
波長轉(zhuǎn)換方面：（1）法國的研究者利用電吸收調(diào)制器，基于交叉吸收調(diào)制結(jié)構(gòu)制作了應(yīng)用于高速網(wǎng)絡(luò)的波長轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，使用現(xiàn)在的系統(tǒng)，待轉(zhuǎn)換信號中心波長會發(fā)生紅移，從而可以降低調(diào)制器有限響應(yīng)時間的影響；（2）意大利的研究者利用SOA的兩階交叉增益調(diào)制，制作了可應(yīng)用于WDM網(wǎng)絡(luò)的多波長轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其實(shí)驗(yàn)使用10Gb/s信號，同時實(shí)現(xiàn)了一200GHz間隔WDM的8通道的波長轉(zhuǎn)換，信噪比良好；（3）東京大學(xué)的研究者則自己制作了一段1米長的氧化鉍高非線性光纖，利用交叉相位調(diào)制效應(yīng)制作了可以應(yīng)用于10Gb/sNRZ傳輸系統(tǒng)的可調(diào)波長轉(zhuǎn)換器，特別的，由于其光纖受激布里淵散射SBS的閾值非常高，因此不會有SBS發(fā)生，使得性能更加穩(wěn)定。
系統(tǒng)方面的研究有：（1）天津大學(xué)的研究者對多點(diǎn)交換系統(tǒng)作了改進(jìn)研究，使用交叉點(diǎn)開關(guān)面陣，將原來1對N的廣播式發(fā)送發(fā)展為2對N的多點(diǎn)式發(fā)送。其系統(tǒng)幾乎消除了分束損耗，在2對4的多點(diǎn)交換中，功耗低于4.5dB，信噪比和交換信號質(zhì)量等參數(shù)也都很好；（2）西班牙的研究者針對光標(biāo)簽交換網(wǎng)絡(luò)（標(biāo)簽速率10Gb/s），顯示了其全光的地址識別系統(tǒng)。其主要原理是通過使用半導(dǎo)體光放大器和MZ干涉儀，制作了二字節(jié)的異或門，進(jìn)而通過級聯(lián)異或門的方式構(gòu)建了二字節(jié)的相關(guān)器。通過測試，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)13dB的消光比；（3）韓國研究者基于CMOS工藝制作了可用于2.5Gb/s光互聯(lián)網(wǎng)的雙向收發(fā)器，在同一芯片上可同時完成發(fā)射與接收功能，且兩者共用了放大和驅(qū)動模塊，最大化利用了資源。（4）NTT的研究者研發(fā)出了可應(yīng)用于光標(biāo)簽交換的時鐘晶體管陣列，為高速異步的光標(biāo)簽和CMOS電路的結(jié)合提供了一個平臺，可以完成“序列對平行”或“平行對序列”的轉(zhuǎn)換。由于系統(tǒng)OEIC化，尺寸、功耗和價格都得到了合理的控制，實(shí)驗(yàn)測試顯示該芯片能完成至少20Gb/s的轉(zhuǎn)換。
二.無源器件：
先來看一些集成器件：
（1）浙大的研究者基于AWG設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)異的單纖三向器件Triplexer。單纖三向傳輸技術(shù)一般使用1310nm、1490nm和1550nm三個波長，將1550nm的波長用于下行模擬CATV傳輸，使用無制冷的半導(dǎo)體激光二極管光源發(fā)射1310nm波長，用于終端用戶的上行傳輸，而1490nm的波長則用于下行的數(shù)字傳輸，通過波分復(fù)用的方式將三方向傳輸復(fù)用到一根光纖中傳輸。由于該技術(shù)采用了點(diǎn)對多點(diǎn)傳輸方式，因此成本低，系統(tǒng)簡單，穩(wěn)定性高。而Triplexer則是相關(guān)技術(shù)的關(guān)鍵器件，其成本和性能都制約著技術(shù)的實(shí)用。由于覆蓋光譜范圍過大，通常的AWG設(shè)計(jì)是很難應(yīng)用于Triplexer結(jié)構(gòu)的，在現(xiàn)在的研究里，作者讓第一個波長工作在不同的衍射級，并能將波長轉(zhuǎn)換至另兩個通道中間，通過這樣的交叉級設(shè)計(jì)，突破了自由光譜范圍有限的設(shè)計(jì)限制，且讓幾個輸出波導(dǎo)接近等間距，最小化了器件尺寸，提高了通道均勻性。
（2）在光纖器件里，時延功能可以簡單的通過光纖延時線來實(shí)現(xiàn)。但是集成波導(dǎo)器件里，要實(shí)現(xiàn)時延功能就沒那么容易了，缺乏簡單有效的器件。已經(jīng)有很多研究者利用環(huán)行共振腔來完成這種延時操作，但遇到一個關(guān)鍵問題，就是這種基于共振原理的結(jié)構(gòu)，其時延量和損耗大小相關(guān)，不同峰值功率的脈沖通過共振環(huán)的時延不一樣。本期快報California大學(xué)的研究者對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，加了一個旁路波導(dǎo)，通過電壓調(diào)節(jié)來補(bǔ)償損耗，讓經(jīng)過共振器的不同脈沖具有相同的峰值功率，顯然這樣就可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于損耗的時延。
空間器件方面：（1）南洋理工的研究者依靠重復(fù)寫入啁啾的光纖光柵，制作了自由光譜范圍可調(diào)的FP濾波器，通過懸臂的調(diào)整，完成調(diào)節(jié)過程；（2）秋田大學(xué)的研究者在每個液晶單元上加三個電極，電極上加了兩個不同的電壓，通過電壓調(diào)節(jié)，在液晶層面上產(chǎn)生對稱的不均勻電場分布，靠這樣的操作，他們制作了焦距可調(diào)的透鏡，其焦距可以從負(fù)到正的變化。
三.有源器件：
半導(dǎo)體激光器方面：（1）California大學(xué)的研究者報道了其基于注入鎖定的改進(jìn)VCSEL激光器，在1550nm波段具有高消光比的輸出。所謂注入鎖定激光器是指發(fā)射的強(qiáng)度峰值波長是受另一個光源個別信號的注入所控制的一種激光器。除了消光比高達(dá)20dB以外， 其共振頻率和信號放大也分別達(dá)到了30GHz和10dB以上，這兩項(xiàng)指標(biāo)在有報道以來是最優(yōu)的；（2）中科院半導(dǎo)體所的研究者將一1550nm的DFB激光器與一電吸收調(diào)制器單片集成，兩者之間為實(shí)現(xiàn)低損耗耦合，加了模斑轉(zhuǎn)換器，其依賴局部生長、量子阱結(jié)構(gòu)、雙芯等工藝；（3）曾經(jīng)談到，由于量子效率限制，有源器件大多使用三五族材料，而利用現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝優(yōu)勢，無源器件多集成在硅基底上，如何實(shí)現(xiàn)有無源的OEIC集成是一個難題。曾提到使用分子鍵合技術(shù)，可以把兩者集成在一塊芯片上。本期法國的研究者就發(fā)表了相關(guān)的研究�；�于分子鍵合和納米微細(xì)加工技術(shù)，將三五族的激光器和探測器與SOI材料的無源器件集成在一起，其有源對無源的耦合效率大致在35％左右。
其它有源器件還有：（1）Wisconsin-Madison大學(xué)的研究者研究了面向下一代光通訊網(wǎng)絡(luò)的超連續(xù)光源，他們將硅光纖和氟化物光纖反復(fù)級聯(lián)，并將商用的摻鉺光纖激光器與其耦合，利用拉曼光孤子的自漂移現(xiàn)象，可以獲得由1.8微米到3.4微米的超連續(xù)光源發(fā)射，其平均輸出功率接近5mW左右；（2）國立新加坡大學(xué)的研究者基于MEMs技術(shù)制作了激光器，可以實(shí)現(xiàn)高速螺旋激光發(fā)射，比起通常的空間光調(diào)制器速度要快得多。（作者 浙江大學(xué) 宋軍博士）