作者：浙江大學(xué) 宋軍 博士
一、 光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
1.3R應(yīng)用：
    對長距離光網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)3R功能，即對信號再生、再整形、再定時是必需的步驟，這樣才能有效避免來自噪聲、功耗、色散以及非線性對信號質(zhì)量的損害�，F(xiàn)在，要實現(xiàn)全光的3R功能，已經(jīng)并不是什么難事。例如，使用基于MZ干涉儀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光放大器，以及同步調(diào)制器、FP濾波器等元件就能實現(xiàn)全光3R和全光時鐘恢復(fù)，且這樣的方案，已經(jīng)被許多研究者關(guān)注，技術(shù)已經(jīng)較為成熟。因此，當(dāng)前研究關(guān)注的重點已經(jīng)不再是如何實現(xiàn)全光的3R，而是如何更加有效的利用該功能。本期，有兩篇類似的研究，目標(biāo)都是通過級聯(lián)使用這類3R模塊，以求光信號在光纖里獲得超長距離的低誤碼傳輸。但它們也有細微的差別，最主要的體現(xiàn)是針對的信號格式不同。我們可以對照的來看它們的研究：首先來看Furukawa Electric Co., Ltd.的一項研究，他們針對10Gb/s的NRZ信號，探索了長距離通訊中3R模塊應(yīng)該如何更高效的使用。作者實驗顯示每隔66km使用一次3R模塊，能夠穩(wěn)定保持對輸入33dB的信噪比，以這個間隔，作者顯示了66,000km的低誤碼傳輸。接著把3R使用間隔改為264km，作者證明可以維持25dB的信噪比，這樣至少可以保證26，400km的低誤碼穩(wěn)定傳輸；另一個研究來自California大學(xué)，系統(tǒng)和前面相似，所不同的是作者針對的是和上面同速率的RZ信號。另一個差別是，作者為了顯示3R的優(yōu)勢，有意選用了色散較差的光纖，這種光纖傳輸125km后，累計色散可以達到531.25 ps/nm。在這樣的光纖系統(tǒng)里，作者每隔125km使用一次3R模塊，實現(xiàn)了125,000 km的低誤碼傳輸，且在整個傳輸過程里，沒有使用任何色散補償單元。再回過頭來比較兩項研究，可以發(fā)現(xiàn)他們立足點相似，后者顯示了3R強大的色散補償能力，而前者則針對目前使用最多的NRZ信號，應(yīng)該對實用更具參考價值。
2．調(diào)制格式：
    首先還是看對DPSK的研究。在過去十多年內(nèi)，DPSK格式之所以受到研究者的追捧，主要有兩個原因，其一是其相對On-Off的鍵控方式，對3dB接收器具有更敏感的響應(yīng)；其二，也是最關(guān)鍵之處在于其對非線性影響具有天然的抵抗力。但盡管如此，對長距離通訊，采用DPSK格式，信號仍多少會受到非線性的影響，這包括來自放大器線性噪聲的影響，以及影響來自光纖非線性效應(yīng)導(dǎo)致的非線性噪聲的影響等。本期雅典大學(xué)的研究者，就試圖研究如何有效抑制這些噪聲，以讓該格式能更穩(wěn)定的應(yīng)用于長距離高速系統(tǒng)里。換句話說，就是要利用DPSK的先天優(yōu)勢，再給予后天培養(yǎng)，讓它變成未來光通訊調(diào)制格式的最佳主角。作者使用的是四波混頻效應(yīng)，兩個遠離中心波長頻率的光子混合，生成兩個使用頻率的光子。也就是說要使用兩個泵浦光。從作者結(jié)果上看，這樣的信號再生，除了能補償功耗，還能對相位進行恢復(fù)，當(dāng)然這是對DPSK信號再生的必需條件；此外，三星的研究者研究了對DPSK信號的通道監(jiān)控技術(shù)，即對每個通道同時傳輸一個小強度的指引信號。通過測試，作者證明該指導(dǎo)信號與DPSK信息信號之間的串?dāng)_可以非常小。而且作者也暗示，當(dāng)DPSK用于WDM的調(diào)制格式時，也可采用這樣的通道監(jiān)控方式，不再需要使用解復(fù)用器的同時，且能實現(xiàn)低串?dāng)_的監(jiān)控。
    為了提高單帶通傳輸效率，很多人正在研究多級調(diào)制方法。在光通訊領(lǐng)域，全光的多級調(diào)制通常采用將基于強度調(diào)制的ASK格式與基于相位調(diào)制的DBPSK（或DQPSK）相混合的方案，以便在一個symbol內(nèi)，編碼多個字節(jié)。本期丹麥大學(xué)的研究者在40Gb/s特征頻率碼的基礎(chǔ)上，采用DQPSK-ASK的多級調(diào)制方案，獲得了120Gb/s的調(diào)制速率，之后再結(jié)合偏振復(fù)用技術(shù)，將調(diào)制速率進一步上升到了240Gb/s。并且作者對這樣的多級信號做了測試，很多結(jié)果是有趣的。比如作者證明多級調(diào)制格式會比同速率的二進制信號具有更佳的色散抵御力。同時作者也實驗證明了這種240Gb/s的高速信號在沒有功耗補償?shù)那闆r下，也能維持50km左右的低誤碼傳輸。
3. 光交換：
    對光標(biāo)簽交換，采用SCM方式對標(biāo)簽進行編碼是較多使用的方式。在交換過程里，由于使用了可調(diào)激光器，通常會讓標(biāo)簽信號產(chǎn)生較大的旁瓣，在頻譜上，該旁瓣會拖到載波頻段，對光頻的載荷信號產(chǎn)生影響。本期愛爾蘭的研究者，針對這樣的串?dāng)_對交換性能的影響，做了研究。實驗中，作者使用了基于WDM-PON的光標(biāo)簽交換系統(tǒng)，標(biāo)簽采用SCM的編碼方式，在40GHz的載波頻率上使用155Mb/s的調(diào)制頻率，而對有效載荷則采用40Gb/s的多進制鍵控信號。該篇的有用之處在于以前對光標(biāo)簽交換的研究大多只局限于單通道，但象WDM這樣的多通道情況，研究的并不多。而作者的實驗結(jié)果，也很值得我們關(guān)注，因為作者證明在交換中使用高速可調(diào)激光器雖增加了靈活性，但給兩相鄰?fù)ǖ缼�來的串�(dāng)_也是相當(dāng)可觀的。此外，雅典大學(xué)的研究者利用商用的MZ光開關(guān)結(jié)合半導(dǎo)體光放大器實驗成功展示了標(biāo)簽/有效載荷的快速分離。
4. 光收發(fā)機：
    光發(fā)射機方面：（1）首先，西班牙的研究者研究了用于混沌通訊的光發(fā)射源。所謂混沌通訊，是一種利用了非線性光學(xué)里的混沌效應(yīng)的通訊方式。該效應(yīng)對特定初始條件會產(chǎn)生確定的，但又近似隨機的過程。因此它的表象非常接近噪音，顯然這對通訊而言再好不過了，因為它能提高信息的安全性�；煦缤ㄐ诺幕�本過程是利用混沌信號作為載波,將傳輸信號隱藏在混沌載波中,或通過符號動力學(xué)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再解調(diào)恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔�。這里這篇文章提出了用于混沌通訊的光發(fā)射機方案，作者使用兩個具有腔內(nèi)反饋放大的多階激光器，兩個激光器被作者分別命名為主人和隨從激光器，主激光器的相位漂移能夠從隨從激光器下解調(diào)出來，靠優(yōu)化兩激光器的分離長度，可以讓其解調(diào)信號最大相關(guān)度達到80%，最小達到30%�？窟@種相關(guān)度的變化，作者認(rèn)為可以讓該系統(tǒng)用于On-Off的相移鍵控調(diào)制，從而用于保密性高的混沌通訊。（2） 韓國研究者對FP-LD結(jié)構(gòu)做了改進，即在一個單元上同時使用兩個緊密接觸的FP-LD，它們共用一個陰極，但有不同的陽極。在這樣變化后，作者制作了用于WDM-PON的光發(fā)射模塊，顯示的特殊之處在于其波長對溫度的穩(wěn)定性特別好。在20度的范圍內(nèi)，無論怎么改變溫度，激光器的輸出包絡(luò)都能維持穩(wěn)定不變，且能維持誤差獨立的傳輸。這樣的結(jié)果是很有意義的，因為對WDM，特別是DWDM應(yīng)用，保持波長對溫度的穩(wěn)定性至關(guān)重要。因為每個通道非常窄，因此小的波峰漂移都會引起探測功率的急速下降。當(dāng)然讓輸出頻譜平坦化能在一定程度上緩解這個問題，但效果絕對趕不上本文，能在這么大的溫度范圍內(nèi)，保持頻譜位置的絕對穩(wěn)定，通常這是很難做到的。（3）韓國首爾大學(xué)的研究者也使用FP-LD作為WDM-PON的光源，并采用超連續(xù)的限幅光作注入，制作了專門針對WDM-PON上載信號使用的光發(fā)射機，上載信號調(diào)制速率為1.25Gb/s。
    光接收機方面，加拿大的研究者展示了他們研制的用于波長－時間編碼的OCDMA系統(tǒng)的光接收機。接收機主要功能有：在消除多址串?dāng)_的情況下量化信號，時鐘脈沖與數(shù)據(jù)的恢復(fù)，RZ-NRZ調(diào)制格式信號轉(zhuǎn)換，同步信號提取，利用Reed–Solomon解調(diào)器完成前向糾錯等�？梢娖涔δ芟喈�(dāng)全面，完全適應(yīng)了OCDMA的數(shù)字邏輯模式。

二、有源器件：
    （1）芬蘭的研究者在傳統(tǒng)LD后加了位相共軛鏡，并采用鍍增反膜的光折變晶體組成反饋回路。共軛鏡端也具有1:1分束的效果，可以在一端穩(wěn)定輸出，另一端經(jīng)過反射模塊后，重新回到共振腔內(nèi)增益放大。位相共軛是非常重要的非線性光學(xué)現(xiàn)象，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于抗干擾系統(tǒng)。應(yīng)用在這里，顯然可以讓激光輸出對機械缺陷、裝配缺陷，以及環(huán)境變化都有良好的抵御力，且能夠?qū)崿F(xiàn)窄線寬，高穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)；（2）韓國研究者研制了用于WDM的可調(diào)激光器。作者將有源的半導(dǎo)體激光器和無源的聚合物波導(dǎo)光柵混合集成在一塊聚合物芯片上。兩者之間有一個相控的加熱器，用來對波導(dǎo)Bragg光柵區(qū)域加熱，從而改變光柵周期。顯然Bragg波導(dǎo)光柵對激光器起到一個選頻的作用，不同的周期對應(yīng)不同的反射Bragg頻率，也就是可以選擇不同的波長被共振腔激勵放大輸出。通過這樣的調(diào)節(jié)，可以在光通訊中心波段實現(xiàn)26nm范圍的可調(diào)輸出；（3）IBM本期有篇文章是關(guān)于硅材料光接收器的，他們將SOI上的Ge激光二極管和CMOS的IC芯片鍵合在一起。在使用2.4V驅(qū)動電壓下能實現(xiàn)對1.3μm波段信號15Gb/s的高速探測。這是目前硅鍺材料探測器方面的兩個世界之最，即探測速率最高和驅(qū)動電壓最低；（4）西安光機所的研究者對傳統(tǒng)采樣光纖光柵做了改進，使其能產(chǎn)生兩個強度均勻的反射峰，之后作者把這樣的結(jié)構(gòu)用在了光纖激光器中，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的雙波長輸出，而當(dāng)對激光器作波長調(diào)節(jié)時，盡管兩個輸出波長都變了，但它們的間隔卻能保持恒定；（5）類似的，新加坡的研究者將三個光纖光柵引入光纖激光器環(huán)行腔內(nèi)，并優(yōu)化調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計，可以實現(xiàn)三個超小間隔（50pm），功率均衡的波長輸出，這樣的波長輸出是面向超密集波分復(fù)用應(yīng)用的。