作者：浙江大學(xué) 宋軍 博士
一、光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
1.WDM
    Princeton大學(xué)的研究者在已商用的WDM-PON上結(jié)合展頻技術(shù)，來實現(xiàn)對某些特定波長通道的安全、免竊聽傳輸。所謂展頻，是擴(kuò)展頻譜(Spread Spectrum)的簡稱，其主要分為“跳頻技術(shù)”及“直接序列”兩種方式。這兩種技術(shù)都是非常常用的無線通訊技術(shù)，因為它們?nèi)菀妆３中盘柕姆�(wěn)定性及保密性，所以在軍事上也有比較廣泛的運用。對于一個非特定的接收器，展頻產(chǎn)生的跳動信號是和脈沖噪聲是在一起的，無法分辨，因此靠這種工作模式，通訊的安全性能得到明顯改善。作者的系統(tǒng)原理如下，首先將某些特定波長分配給一些保密要求高的信號通道，對這些通道的編碼使用的是跳頻技術(shù)，其采用可調(diào)延時線來實現(xiàn)對不同頻率脈沖的延時調(diào)制。再將編碼信號脈沖經(jīng)過色散元件展寬后，可與通常的波分復(fù)用波長通道耦合到一根光纖內(nèi)傳輸。在經(jīng)過EDFA放大后，會發(fā)現(xiàn)保密通道已經(jīng)在光纖平均噪聲線以下，因此任何通常的探測器都難以從噪聲信號里將這些保密信號分離探測出來。而在探測端，對通常信號仍使用相應(yīng)波長的探測器解調(diào)。而對這些保密信號波長，則先經(jīng)過色散補(bǔ)償光纖等補(bǔ)償元件作色散補(bǔ)償，恢復(fù)脈沖后，再針對不同的頻率使用可調(diào)延時線作解調(diào)，最終恢復(fù)出信號。
    對超密集波分復(fù)用(UDWDM)技術(shù)，目前最受關(guān)注的應(yīng)用在于要實現(xiàn)低色散、低非線性的大容量網(wǎng)絡(luò)傳輸。道理很簡單，在單通道調(diào)制速率超過10Gb/s，特別達(dá)到40Gb/s以后，傳輸過程當(dāng)中，信號受非線性和色散的影響將非常嚴(yán)重，必須使用通道監(jiān)控，非線性補(bǔ)償、色散補(bǔ)償?shù)榷鄠�附加環(huán)節(jié)。而使用低通道調(diào)制速率的信號，如2.5Gb/s的調(diào)制速率則可簡化這些附加系統(tǒng)，降低系統(tǒng)成本。而在使用低的單通道調(diào)制速率時要想保持較大的傳輸容量，對WDM網(wǎng)絡(luò)而言，惟一的方法就是降低復(fù)用通道的間隔，以便在有限光源帶寬內(nèi)復(fù)用更多的波長通道。一般通道間隔低于25GHz的復(fù)用都可以被稱為UDWDM。但要想維持低誤碼、低串?dāng)_的傳輸，對UDWDM要求還是很嚴(yán)格的，特別是對通帶形狀和頻率穩(wěn)定性的要求上。隨之很多研究認(rèn)為使用相干光通訊的模式可以避免這些局限。但我們知道相干光通訊也并不容易實現(xiàn)，特別是在信號的發(fā)射與檢測上。不過到目前位置，已經(jīng)有了一些相關(guān)的實驗研究。例如早在94年就有成功的實驗研究，基于相干光通訊實現(xiàn)了25GHz通道間隔，單通道2.5Gb/s調(diào)制速率的UDWDM應(yīng)用，這里其對相干光信號檢測采用的是外差探測的方式。本期意大利的研究者指出要想使用更窄的通道間隔，外差探測已不能滿足要求，而必須改使用零差探測的方式。其它部分類似以前的系統(tǒng)，作者僅改用零差相干探測的方式，而信號調(diào)制采用二進(jìn)制的相位漂移鍵控格式，從而實現(xiàn)了2.5Gb/s單通道傳輸，頻帶間隔5GHz的UDWDM應(yīng)用，其零差探測的功耗大概是1dB左右。但必須承認(rèn)的是相干光通訊的方式雖降低了對信號穩(wěn)頻的要求，但其探測復(fù)雜，就成本來言，并不會比激光器穩(wěn)頻的花費少。因此這些研究還僅能局限在實驗室里。甚至?xí)�給人一種拆東墻補(bǔ)西墻的感覺。
2.OCDMA
    OCDMA在歷經(jīng)兩年左右持續(xù)火了一把以后，近期似乎又恢復(fù)了平靜，主要的光通訊相關(guān)期刊有關(guān)OCDMA的文章都劇減了下來。從這個表面現(xiàn)象也可以看出，在解決了調(diào)制等問題后，要想讓該技術(shù)面向?qū)嵱眠�存在很多難題要解決。在我來到瑞典以后，這里一位從事光網(wǎng)絡(luò)研究多年的老教授一口咬定OCDMA是純粹的rubbish。他的理由是OCDMA需要比通常PON，如WDM，窄3個數(shù)量級的脈寬發(fā)射，這在他看來是impossible的，要應(yīng)用起來光源等的附加成本也許并不比直接用WDM-PON省錢，甚至成本更高。前不久我也曾收到一封信，對方問OCDMA研究的潛力如何。這個問題真的很難回答，我們無法肯定的說它究竟多好或多壞。我的回復(fù)是應(yīng)用動力有兩個，首先是軍用，其次是民用。之所以把軍用放在首位是因為OCDMA比起其它PON畢竟還有些獨特的優(yōu)勢，如良好的保密性。對軍事應(yīng)用，很多情況下是性能因素遠(yuǎn)高于成本因素，而民用恰恰相反。因此該技術(shù)至少對軍用還是很有吸引力的。
     這都是一些題外話，不過最近幾期PTL或JLT有關(guān)OCDMA的研究確實少的可憐，零星的有一兩篇，而研究焦點也更分散，多是針對一些細(xì)節(jié)開展的。例如本期Telcordia Technologies的研究者實驗顯示了一個6用戶的譜對相位編碼的OCDMA系統(tǒng)。其特點是在編碼器上集成了可編程的環(huán)行共振腔，從而可以將所有用戶應(yīng)用譜寬壓縮在80GHz左右，大大提高了光譜利用率（這樣的利用率可以與100GHz間隔的WDM系統(tǒng)媲美）。此外作者使用了正交碼，從而可以有效降低多用戶串?dāng)_。
3.光收發(fā)機(jī)
    對WDM-PON應(yīng)用，常用的光發(fā)射器通�；�于DFB-LD和FP-LD兩種光源。后者價格便宜，但長距離性能不穩(wěn)定，因此對中長距離通訊通常使用前者。FP-LD之所以不適合長距離工作，主要是其模斑質(zhì)量太差，多模振蕩嚴(yán)重，因此很容易產(chǎn)生模間色散。最近一些研究表明將FP-LD與限幅ASE光源結(jié)合使用能夠起到選模的作用，形成穩(wěn)定的單模工作。進(jìn)而使得該激光器有希望應(yīng)用于面向長距離工作的光發(fā)射機(jī)。但是必須值得關(guān)注的是，ASE光源本身很容易受到強(qiáng)度噪聲的干擾，因此與FP-LD結(jié)合后的發(fā)射機(jī)同樣對強(qiáng)度噪聲非常敏感。本期新加坡的研究者對相關(guān)系統(tǒng)作了研究，作者首先證明了對特定靈敏度的接收器，存在一個最佳的限幅帶寬，以獲得最佳的旁瓣抑制。之后作者在光源后使用了SOA，證明可以有效抑制強(qiáng)度噪聲的影響。
    此外，韓國的研究者研制了專門針對強(qiáng)度/相位漂移鍵控數(shù)據(jù)的光接收機(jī)。其特色在于作者在系統(tǒng)里使用了三個互有1字節(jié)時延的干涉儀，從而可以避免SPM對系統(tǒng)性能的影響。
二、有源器件
1.半導(dǎo)體器件
    在InP基底上生長的InGaAs PIN光電二極管是目前光通訊領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的接收器。其主要特點是具有較低暗電流、適中的工作帶寬和較大的光電轉(zhuǎn)化效率。為了進(jìn)一步降低器件成本，以便適合批量生產(chǎn)，現(xiàn)在很多研究改使用GaAs晶片做基底。當(dāng)然為了要讓晶格匹配，必須使用適當(dāng)?shù)木彌_層，常用的如InAlAs、InAs、InGaAlAs和InGaP。本期臺灣交通大學(xué)的研究者就在GaAs晶片上，生長InGaP緩沖層，制得了面向OC-192光纖網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的In0 53Ga0 47As光電二極管。器件采用了廉價的TO-46封裝標(biāo)準(zhǔn)，帶寬達(dá)到8GHz，對10Gb/s信號的探測誤碼為10-9。其研究最大的價值在于器件工藝很適合批量生產(chǎn)。
    此外，希臘的研究者對InGaAsP–InP微型激光器的低頻相對強(qiáng)度噪聲作了有效抑制；Central Florida大學(xué)的研究者將堆片激光二極管和主振蕩器功率放大器集成在一起，用光柵實現(xiàn)兩者的光耦合，得到了模斑質(zhì)量非常好的半導(dǎo)體激光器；英國St. Andrews大學(xué)的研究者對量子點激光器制作中的表面復(fù)合率和擴(kuò)散長度進(jìn)行了測量，并對這些參數(shù)如何影響器件性能作了分析。
2.光纖器件
    摻鉺光纖激光器利用FBG做波長選擇可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)波長可調(diào)。但由于FBG的機(jī)械強(qiáng)度和溫度靈敏性都有限，因此這樣的可調(diào)激光器帶寬并不大。安徽光機(jī)所的研究者曾報導(dǎo)，通過一定的途徑可以讓激光器在L帶對一個較短波長和一個較長波長同時實現(xiàn)雙穩(wěn)輸出，并通過對兩個波長的獨立調(diào)節(jié)，可以讓可調(diào)激光器的輸出波長覆蓋整個L帶。但這樣雙穩(wěn)工作需要脈沖電流來觸發(fā)泵浦源，這在一定程度上會縮短泵浦源的工作壽命。本期安光的研究組對以前系統(tǒng)做了進(jìn)一步改進(jìn)，作者通過3dB耦合器將一個偏振控制器連接到一個Sagnac光纖環(huán)里。通過對偏振控制器和FBG的共同調(diào)節(jié)，不僅能夠增加器件靈活度，而且也避免了脈沖電流對泵浦源的損傷。
    此外，清華大學(xué)的研究者在多波長DFB激光器里使用了啁啾相移結(jié)構(gòu)，以對單波長進(jìn)行獨立的共振調(diào)節(jié)，這樣可以獲得更穩(wěn)定的多波長輸出；大阪大學(xué)的研究者使用摻鉍光纖放大器，在1300nm附近，近75nm波長范圍內(nèi)可以同時實現(xiàn)對兩個波長的及時放大。
三、無源器件
    波導(dǎo)光柵是一種光通訊里很常用的無源器件，有許多應(yīng)用，如可調(diào)濾波，可調(diào)延時、色散補(bǔ)償?shù)�。波�?dǎo)光柵的制作工藝也有很多，如電子束寫入，激光干涉，光折變效應(yīng)寫入、掩膜平板刻蝕等等。而從形成光柵種類上看也既可以制成強(qiáng)度光柵，也可以制成相位光柵。本期荷蘭的研究者同時使用了平面刻蝕工藝和激光干涉原理，制作了高質(zhì)量的脊形波導(dǎo)光柵。依靠對脊形波導(dǎo)寬度的優(yōu)化刻蝕，可以實現(xiàn)對透射譜的變跡操作。此外，加拿大的研究者使用紅外飛秒激光器在玻璃光子晶體光纖里寫入了高折射率調(diào)制度的光纖光柵；另一個加拿大的研究組研制了周期性頻率濾波的梳狀濾波器，其原理是基于FBG在一定頻譜范圍內(nèi)的泰伯效應(yīng)（就是一定條件下光經(jīng)過周期性結(jié)構(gòu)而成像的現(xiàn)象）。同時作者通過光柵級聯(lián)的模式，成功刪除了該類器件固有的相位抖動現(xiàn)象。