4/26/2007,宋軍博士翻譯整理，轉(zhuǎn)眼07年也已經(jīng)過去了三分之一，今年的JLT不知道什么原因，遲了一個大到，1月的文章到現(xiàn)在才出版。按照J(rèn)LT一貫的規(guī)律，每年的第一期都是一個關(guān)于上年度OFC/NFOEC的專刊。今年也一樣，是對去年三月在Anaheim召開的OFC/NFOEC大會的技術(shù)回顧。整個�？�有30篇文章左右，基本總結(jié)了上屆OFC/NFOEC大會的技術(shù)趨勢。總的來說，這次大會在器件方面關(guān)注較多的內(nèi)容有，光子晶體光纖應(yīng)用、基于波導(dǎo)的光發(fā)射設(shè)施、波長轉(zhuǎn)換器件；在子系統(tǒng)方面關(guān)注較多的主要是面向高光譜效率的調(diào)制格式，以及慢光發(fā)生器這兩個內(nèi)容；在長距離傳輸系統(tǒng)方面，仍和以往一樣，面向更長的傳輸距離、更大的數(shù)據(jù)容量、改進(jìn)的光譜效率和較好的網(wǎng)絡(luò)靈活性，圍繞這些目標(biāo)，有一些40-100Gb/s的傳輸系統(tǒng)被展示；而在骨干網(wǎng)上，研究主流仍聚焦于大范圍的無源光網(wǎng)絡(luò)，以及光接入技術(shù)變革這些內(nèi)容。
一、光電器件與設(shè)施：
    1．收發(fā)器
    在器件方面文章量最大的是收發(fā)器這一塊。而從實現(xiàn)方式上看又與前面提到的光子晶體光纖應(yīng)用、半導(dǎo)體器件應(yīng)用，以及特種光纖應(yīng)用等內(nèi)容相交叉。
    首先加拿大McMaster大學(xué)的研究者就面向FTTP應(yīng)用的光收發(fā)機(jī)給了一個tutorial。作者提到基于不同的PON形式，對收發(fā)機(jī)設(shè)計具有相似的波長標(biāo)準(zhǔn)，但具有不同的速率要求。 但對各種PON形式的收發(fā)機(jī)設(shè)計，目前有兩個共性的要求，首先是要求系統(tǒng)能靈活應(yīng)對突發(fā)模式，因此需要在ONT發(fā)射端對光源驅(qū)動有一定的動態(tài)特性要求，而在OLT接收端具有動態(tài)預(yù)放要求；另外，隨著PON用戶數(shù)量的增加，將具有越來越明顯的高分束比特性，這相應(yīng)需要發(fā)射機(jī)具有更高的發(fā)射功率，需要接收機(jī)具有更高的靈敏性。當(dāng)然具體到特定的PON形式，這些共性要求又有一定的差異，比如在應(yīng)對突發(fā)模式上，GPON比起B(yǎng)PON和EPON就有更加苛刻的時間要求，其TOFF和TON時間都要短到13ns左右。而在面向FTTP應(yīng)用光收發(fā)機(jī)實現(xiàn)方式上，作者談到的仍主要是基于分立元件組裝和基于PLC集成兩種。綜合來看，兩者互有優(yōu)勢，但后者是技術(shù)的主流�；�于PLC的收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠，但在偏振和溫度不敏感上，現(xiàn)在技術(shù)還沒有分立元件那么好。
    近年來光子晶體光纖（PCF）已經(jīng)成功商業(yè)化，盡管成本高的嚇人，但由于其潛在的性能優(yōu)勢，仍驅(qū)使越來越多研究者探討PCF的新應(yīng)用，對這方面的熱度，從去年的OFC/NFOEC可見一斑。如果應(yīng)用PCF做傳輸光纖，相比通常的玻璃光纖，其在1000nm波段具有一個160THz的大帶寬低損耗低色散波段，這是一個非常理想的高容量大帶寬光通訊波段。面向這個波段研發(fā)的摻Y(jié)b光纖放大器（YDFA）已經(jīng)能實現(xiàn)從1μm到1.2μm的大帶寬平坦放大，相應(yīng)的一些基于YDFA和PCF的在1000nm附近的短距離光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也不斷被測試報導(dǎo)。從以往研究看，尚欠缺的技術(shù)還是光發(fā)射這一塊，在這個波段還沒有能實現(xiàn)高速脈沖發(fā)射的光發(fā)生器。這里NTT的研究者先利用鎖模摻Y(jié)b光纖激光器發(fā)射1063nm波段，重復(fù)率11ps的脈沖光，之后使用一段190m長的PCF做鎖相環(huán)，利用脈沖在PCF中的“高階孤子效應(yīng)”對原脈沖做壓縮，最終可獲得重復(fù)率0.5ps左右的脈沖序列，這樣的脈沖源已經(jīng)能成功應(yīng)用于1000nm波段，基于OTDM模式工作的網(wǎng)絡(luò)中。
    此外，F(xiàn)urukawa電子公司的一篇研究論文采用的技術(shù)思路和前面一樣，所不同的是，它是仍基于標(biāo)準(zhǔn)單模光纖作為傳輸載體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。作者首先使用可調(diào)激光器發(fā)射種子脈沖，然后使用一段低色散斜率的高非線性光纖和一段零色散斜率非零相位漂移光纖構(gòu)成鎖相環(huán)，對種子脈沖進(jìn)行壓縮和整形，最終分別在1530nm、1570nm和1610nm三個波段都可獲得重復(fù)率為0.1ps的穩(wěn)定脈沖發(fā)射。
    墨爾本大學(xué)的研究者基于自種子的反射式半導(dǎo)體光放大器（RSOA）制作了面向WDM-PON上載信號的光發(fā)射機(jī)。在作者建議的發(fā)射器里，每個遠(yuǎn)程節(jié)點（RN）均統(tǒng)一使用了一樣的寬帶ASE光源，因此在一定程度上講，作者建議的系統(tǒng)是一個“無色”光源 。之后在每個RN，均使用AWG做波長復(fù)用和解復(fù)用。這里對上載信號和下載信號使用了不同的波長段，它們分別對應(yīng)在該AWG的兩個不同自由光譜范圍的中心波長位置。經(jīng)過AWG后，上載信號的連續(xù)光變成了具有一些窄帶分立波長的譜，復(fù)用后的光經(jīng)過環(huán)形器時，采用帶通濾波器（BPF），僅選擇一個特定的波長發(fā)送到相應(yīng)的ONU�？梢钥吹竭x擇哪個波長上載到ONU，完全由AWG的頻譜特性和BPF的濾波特性決定，因此對光源部分可以不需要溫控裝置。對系統(tǒng)實測后作者證明，上載信號的噪聲大小直接和使用RSOA光源功率相關(guān)，為了保證低于10-9的誤碼率，應(yīng)要求輸入功率至少為-30.5dBm。
    集成電吸收調(diào)制器的光源以結(jié)構(gòu)緊湊、性價比高、低驅(qū)動電壓和大調(diào)制帶寬等獨特優(yōu)勢，成為半導(dǎo)體型高速光發(fā)射機(jī)最有應(yīng)用潛力的類型之一。這里California大學(xué)的研究者將電吸收調(diào)制器和大帶寬可調(diào)激光器集成在一起，制作了發(fā)射機(jī)，無論從制作工藝還是系統(tǒng)性能上，都促使技術(shù)由研究到商用化邁出了一大步。這里作者采用的工藝被稱為多邊帶量子阱表面混合技術(shù)，它依靠覆蓋層再生長的方法將器件制作在兩塊不同的多量子阱有源區(qū)域。而通常的工藝通常在軸向會切斷芯片。作者制作的發(fā)射機(jī)波長可調(diào)范圍達(dá)到30nm，平均輸出功率35mW。
德國西門子網(wǎng)絡(luò)部和幾個德國大學(xué)的研究者共同撰文稱，依靠光傳輸?shù)囊蕴�網(wǎng)是未來骨干光網(wǎng)絡(luò)里非常有潛力的技術(shù)，技能保證了高速大容量的接入，又能維持較高的性價比。作者稱，100Gb/s的長距離以太網(wǎng)實現(xiàn)起來并不難，但關(guān)鍵還在于降低成本。作者認(rèn)為，在網(wǎng)絡(luò)中采用一些高速電子電路來代替光學(xué)方法是降低成本的最好方法。為此目的，作者設(shè)計制作了基于電子時分復(fù)用的接收器，其主要結(jié)構(gòu)為一個一分二的解復(fù)用器和一個時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)器，兩者被集成在一塊芯片上。該接收器是面向80Gb/s的時分復(fù)用信號發(fā)射設(shè)計的，但在使用了前向糾錯系統(tǒng)后，作者證實該器件可成功用在107Gb/s的系統(tǒng)里。
    Virginia大學(xué)的研究者對面向遠(yuǎn)程通訊應(yīng)用的雪崩光電二極管（APD）的近期發(fā)展做了一個回顧。作者稱在光通訊應(yīng)用上，如果累計噪聲不那么高，使用APD，其靈敏度至少比使用PIN作探測時要高5-10dB左右。但價格方面，傳統(tǒng)APD工藝需要比PIN更加復(fù)雜的外延層結(jié)構(gòu)和偏置電路，因此成本也更高。但作者認(rèn)為隨著近期制作材料和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，有望大大降低APD器件的制作成本。材料方面的進(jìn)展主要有三類，一是很多研究者發(fā)現(xiàn)Hg0.7Cd0.3Te是一種很理想的APD材料，既能在長波段工作，又能獲得很低的工作噪聲；二是對Si材料進(jìn)行改進(jìn)，在倍增區(qū)域加入了In0.53Ga0.47As材料做吸收層，既維持了硅探測器的高速低噪聲特性，又將其工作波長推移到了光通訊應(yīng)用的長波段；三是用In0.52Al0.48As來作基于InP等三五族材料的APD的替代材料，也可以獲得很低的噪聲。而在結(jié)構(gòu)上的改變主要有兩點，一是通過適當(dāng)縮短倍增區(qū)域厚度來降低噪聲；二是靠適當(dāng)加入合適的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)來改進(jìn)性能。
    2．波長轉(zhuǎn)換
    利用半導(dǎo)體光放大器（SOA）中的非線性效應(yīng)，是制作波長轉(zhuǎn)換器最普遍的原理。對高速大容量光網(wǎng)絡(luò)，有兩個方向來提高信息容量，一是提高單通道調(diào)制速率，二是提高復(fù)用通道數(shù)量。因此在波長轉(zhuǎn)換角度，一方面就要求能面向160Gb/s以上的高速系統(tǒng)轉(zhuǎn)換波長，另一方面則要求波長轉(zhuǎn)換器具有大帶寬，能覆蓋較大波長范圍。然而基于SOA的波長轉(zhuǎn)換器在這兩方面都尚待提高。
    （1）首先，SOA的恢復(fù)時間通常比較長，一般在幾十到幾百皮秒左右，因此利用SOA作波長轉(zhuǎn)換，一般只適用于40Gb/s的系統(tǒng)。后來，一些研究者不斷對該類轉(zhuǎn)換器進(jìn)行一些附加改進(jìn)，也研制出了面向160Gb/s系統(tǒng)的波長轉(zhuǎn)換器。本期荷蘭的研究者證明通過在SOA后級聯(lián)兩個全光帶通濾波器（OBF），可以對SOA恢復(fù)時間起到很好的壓縮作用。實驗里作者使用的SOA恢復(fù)時間為56ps，但在使用了兩個OBF后，這個系統(tǒng)的恢復(fù)時間等效為1.8ps。這樣，作者設(shè)計制作了面向320Gb/s高速系統(tǒng)的波長轉(zhuǎn)換器。
    （2）其次，利用SOA中的XGM和XPM作波長轉(zhuǎn)換時，由于在增益帶寬的短波方向存在很大的吸收，因此將短波轉(zhuǎn)化為長波較容易，而長波轉(zhuǎn)化為短波則困難的多。對此東京電子通訊大學(xué)的研究者提出了一種改進(jìn)的級聯(lián)SOA設(shè)計方案。對短波向長波的轉(zhuǎn)換，仍然一次性完成，而長波向短波轉(zhuǎn)換則分級進(jìn)行。將兩個待轉(zhuǎn)換的波長，按照波長差的大小，選用具有適當(dāng)增益帶寬的SOA，讓待轉(zhuǎn)換信號和中間轉(zhuǎn)換信號a分別位于第一個SOA增益帶寬的邊緣，完成一次轉(zhuǎn)換，而第二個SOA增益帶寬的邊緣又恰好與信號a波長位置重合，另一個邊緣為中間信號b，依次類推，最終轉(zhuǎn)換為目標(biāo)波長。
    3．無源器件
    LightSmyth Technologies Inc.的研究者在硅基二氧化硅平面波導(dǎo)材料上基于深紫外全息工藝，寫入光柵制作了一八通道的粗波分復(fù)用（CWDM）器。就原理上看，其解復(fù)用仍是基于多次干涉效應(yīng)，因此其實就是將通常的薄膜復(fù)用器集成在了單片波導(dǎo)材料上。作者制作的CWDM器具有低插損、高平坦頻譜響應(yīng)的特點。
二、子系統(tǒng)
    1．調(diào)制格式
    調(diào)制格式方面的研究都面向高速大容量網(wǎng)絡(luò)運用。
首先荷蘭的研究者認(rèn)為多進(jìn)制調(diào)制格式是最有希望進(jìn)一步提高光譜頻帶利用效率的技術(shù)。但作者也提到由于多進(jìn)制調(diào)制格式受非線性損傷影響大，因此會降低傳輸距離。于是作者的研究旨在測試多進(jìn)制調(diào)制格式在長距離傳輸中運用的可行性。首先作者采用了對非線性容忍度最強(qiáng)的DQPSK調(diào)制格式，并結(jié)合偏振復(fù)用的方式進(jìn)一步提高頻帶利用率，作者測試網(wǎng)絡(luò)基于WDM構(gòu)建，以50GHz頻帶間隔，復(fù)用40個波長通道，采用了偏振復(fù)用的單通道DQPSK信號調(diào)制速率為85.6Gb/s，這樣頻帶利用率達(dá)到1.6 b/s/Hz。作者證明這樣的頻譜利用率仍可實現(xiàn)1700km的長距離穩(wěn)定傳輸。但作者同時也談到這樣的系統(tǒng)，受PMD影響也較為嚴(yán)重。
    而日本KDDI公司的研究者則探討了單通道100Gb/s的DQPSK信號（沒有使用時分復(fù)用）在以太網(wǎng)工作的可行性。先對2km的工作距離做了測試，主要討論了誤碼率、色散、接收靈敏度等特性，系統(tǒng)工作情況良好。接著在增加傳輸距離測試后，作者認(rèn)為單通道100Gb/s的DQPSK信號有希望在50km的以太網(wǎng)中的得到良好運用。
    2．慢光
    所謂慢光就是通過特定的物理機(jī)制讓光的群速度降低，達(dá)到放慢的效果，慢光的實現(xiàn)可讓光存儲相關(guān)的所有應(yīng)用得到技術(shù)突破。慢光近些年有許多研究成果被人們關(guān)注，然而這些技術(shù)一方面使用器件成本較高，一方面只針對很窄的波長范圍，因此在光通訊領(lǐng)域受到的關(guān)注不大。然而就在05年，有兩個獨立的研究組幾乎同時報導(dǎo)了自己的研究成果，他們利用光纖中受激布里淵散射（SBS）產(chǎn)生的共振峰來降低光纖介質(zhì)的群折射率，進(jìn)而放慢光的傳輸。這是第一次利用光通訊商用元器件實現(xiàn)的慢光效應(yīng)，因此受到廣泛關(guān)注，于是乎慢光就成了去年OFC頗受關(guān)注的一個技術(shù)問題。
    首先Southampton大學(xué)的研究者使用一段2米長的摻氧化鉍的高非線性光纖（Bi-HNLF），利用布里淵放大效應(yīng)來實現(xiàn)慢光傳輸，可以將光在光纖中的傳輸速度降低到29,000km/s，這是光纖中實現(xiàn)慢光效應(yīng)的最新記錄。此外作者對布里淵放大的泵浦光功率也僅400mW，也是相當(dāng)?shù)偷�；此外Southern California大學(xué)的研究者則致力于提高利用SBS實現(xiàn)慢光的譜寬。這是一個很有意義的工作，因為SBS共振的譜寬非常窄，通常只有幾十MHz左右。這對光通訊幾乎沒有太大的實用價值。這里作者采用的思路是展寬泵浦光的譜寬，進(jìn)而提高Stokes放大的譜寬，最終提高慢光的譜寬。作者證明如果將Stokes放大的譜寬恰好調(diào)節(jié)到布里淵頻移的1.3倍左右的時候，Stokes和Anti-Stokes放大的譜寬將發(fā)生部分重疊，此時可以實現(xiàn)最佳的慢光譜寬。作者測試證明采用其建議的方法可以將光纖中的發(fā)生慢光效應(yīng)的譜寬從30MHz提高到12GHz左右。
三、長距離傳輸系統(tǒng)
    對長距離傳輸系統(tǒng)，在去年的OFC上有許多實測系統(tǒng)的報導(dǎo)，歸納一下可以看出其代表了最近最受關(guān)注的幾項技術(shù)（40Gb/s系統(tǒng)的商用推廣、100Gb/s的以太網(wǎng)接入以及OCDMA技術(shù)）�，F(xiàn)各舉一最有代表性的例子予以說明。
    1．40Gb/s系統(tǒng)：
    從10Gb/s到40Gb/s的系統(tǒng)跨越，一直是最近幾年OFC的焦點。從目前走向來看，40Gb/s的系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)制定和關(guān)鍵技術(shù)上都日趨成熟，走向大規(guī)模商業(yè)化只是時日問題。盡管最近幾個月一些系統(tǒng)運營商已經(jīng)接到訂單把某些區(qū)域的骨干網(wǎng)提升為40Gb/s的系統(tǒng)，但從大的走向來看，40Gb/s系統(tǒng)的推廣仍處在現(xiàn)場測試和試驗階段，以探討從目前10Gb/s的系統(tǒng)直接升級為40Gb/s系統(tǒng)的可行性。這方面的工作國內(nèi)外都在開展。例如，國內(nèi)教育科技網(wǎng)在05年就從北京到天津間就40Gb/s系統(tǒng)工作情況做了測試。
去年OFC上Verizon、Mintera、Xtera三家公司對40Gb/s系統(tǒng)工作距離為2560km/3040km的現(xiàn)場試驗則創(chuàng)造了最新的距離記錄。作者在現(xiàn)有10Gb/s系統(tǒng)中，通過WDM，同時傳輸了68路10Gb/s的NRZ信號和40Gb/s的CS-RZ和RZ-DPSK信號各一路。為了讓原有的ULH系統(tǒng)支持現(xiàn)在加入的40Gb/s信號，作者在3040km的傳輸距離內(nèi)，并沒有對網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成做任何改變的前提下，通過長達(dá)三周的現(xiàn)場測試，證實了兩種格式的40Gb/s信號都能維持穩(wěn)定傳輸。需要指出的是這里作者采用的是Raman放大，以便提供最大化的放大帶寬和動態(tài)增益補(bǔ)償。
    2. 100Gb/s以太網(wǎng)：
    Bell實驗室的研究者也對100Gb/s以太網(wǎng)的工作模式給予了很高的評價，認(rèn)為非常有應(yīng)用潛力，并在去年的OFC上對其100Gb/s以太網(wǎng)的實測結(jié)果做了報導(dǎo)。作者的實測系統(tǒng)通過電子時分復(fù)用，實現(xiàn)了107Gb/s的單通道NRZ信號發(fā)射，再結(jié)合WDM技術(shù)，復(fù)用10個波長通道，其光譜利用率為0.7-b/s/Hz。鑒于光調(diào)制帶寬較低的現(xiàn)狀，作者采用單片集成的光均衡器來對調(diào)制信號進(jìn)行實時補(bǔ)償。作者先后對長度為400km的直線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，和總長度為1000km的回路系統(tǒng)做了測試。從眼圖上看，這樣的工作距離仍維持了一定大小的眼開，但也基本接近了傳輸極限。
    3．OCDMA:
    OCDMA系統(tǒng)受到的關(guān)注在以往的評析中多次談到，這里就不多說了。本期California大學(xué)的研究者對基于譜-相位編碼的OCDMA系統(tǒng)做了實測。作者的系統(tǒng)能支持32個用戶實現(xiàn)10Gb/s的網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)方法是靠共享OCDMA的8段擴(kuò)展碼。OCDMA實用的難點在于信號受相干拍頻噪聲影響嚴(yán)重，作者在測試后證明使用前向糾錯系統(tǒng)能夠很好的抑制信號和多址干擾間的拍頻噪聲。此外作者也證明采用某些特殊的編碼方式也有利于降低誤碼率，例如使用Reed-Solomon碼、turbo碼、LDPC碼等。最后作者也談到OCDMA系統(tǒng)還可以結(jié)合時分復(fù)用、偏振復(fù)用、波分復(fù)用等方式實現(xiàn)信息容量的進(jìn)一步擴(kuò)容。