10/1/2007,作者浙江大學(xué) 宋軍博士
光網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)： 
性能損傷： 
    對(duì)光網(wǎng)絡(luò)里色散（CD）和偏振相關(guān)色散（PMD）進(jìn)行補(bǔ)償，按已有的報(bào)導(dǎo)主要依賴(lài)三類(lèi)技術(shù)：采用特別的信號(hào)調(diào)制格式增加信號(hào)對(duì)CD和PMD損傷的抵御力；采用電子色散補(bǔ)償，對(duì)發(fā)射端或探測(cè)后的電信號(hào)作數(shù)字信號(hào)處理，以補(bǔ)償損傷對(duì)信號(hào)的破壞；采用光學(xué)均衡系統(tǒng)補(bǔ)償信號(hào)損傷。本期有篇來(lái)自意大利的研究論文對(duì)這些方法進(jìn)行了系統(tǒng)的比較，對(duì)合理選擇色散補(bǔ)償方案，具有較強(qiáng)參考價(jià)值。首先作者研究了不同調(diào)制格式對(duì)信號(hào)損傷的容忍度貢獻(xiàn)，作者暗示由于DQPSK調(diào)制格式帶寬窄，符號(hào)時(shí)間長(zhǎng)，因此對(duì)CD和PMD都有很好的抵御力，而強(qiáng)度－相位混合漂移鍵控碼（CAPS），由于其譜型緊湊，因此具有和DQPSK相當(dāng)?shù)腃D公差，但對(duì)PMD的抵御力則明顯低于DQPSK格式。知道這些對(duì)合理選擇信號(hào)調(diào)制是很有幫助的，比如一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如果CD是最主要的信號(hào)損傷來(lái)源，那么應(yīng)優(yōu)先選擇CAPS調(diào)制格式，因?yàn)槠渑cDQPSK格式具有相當(dāng)?shù)腃D公差，但卻明顯比后者操作簡(jiǎn)單，更有利于降低系統(tǒng)成本。此外作者證明RZ格式由于脈沖短，因此更有利于增強(qiáng)對(duì)PMD損傷的抵御力。這樣對(duì)PMD損傷較強(qiáng)的系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先選擇RZ-DQPSK調(diào)制格式。而對(duì)電子色散補(bǔ)償，作者以采用最大似然估計(jì)（MLSD）算法為例，對(duì)采用不同的采樣精度（即采用不同階數(shù)的格狀圖）下對(duì)色散補(bǔ)償?shù)男Ч�做了分析。證明格狀圖的階數(shù)選取依賴(lài)于通道內(nèi)存的大小，當(dāng)PMD占主要地位時(shí)，采用四階格狀圖足夠進(jìn)行補(bǔ)償，而當(dāng)CD占主導(dǎo)地位時(shí)，則需要更高階的格狀圖。最后作者對(duì)采用光學(xué)均衡系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償色散做了研究，這里的光學(xué)補(bǔ)償就是通過(guò)保偏光纖、偏振控制器和一些PLC器件進(jìn)行級(jí)聯(lián)構(gòu)成的。當(dāng)使用單階補(bǔ)償時(shí)，其效果相當(dāng)于一個(gè)一階的PMD補(bǔ)償器，且將對(duì)二階PMD的公差提高了兩倍，但對(duì)CD公差并沒(méi)有改進(jìn)。隨著使用均衡器階數(shù)的增加，系統(tǒng)對(duì)CD和PMD的公差都會(huì)得到明顯改善，事實(shí)上從性能上說(shuō)采用光學(xué)均衡能實(shí)現(xiàn)完美的色散補(bǔ)償，但其代價(jià)是高昂的器件成本和復(fù)雜的控制系統(tǒng)。這也是最近電子色散補(bǔ)償廣受關(guān)注的根本原因。

    日本Oki Electric Industry Co. Ltd.的研究者則對(duì)OCDMA系統(tǒng)的色散補(bǔ)償方法做了研究。這里作者采用的是基于時(shí)間展寬/波長(zhǎng)跳變（TS-WH）的編解碼方式。作者指出色散對(duì)系統(tǒng)的影響主要來(lái)自?xún)煞矫�，一方面�?huì)導(dǎo)致碼片間的時(shí)間間隔漂移，另一方面可能導(dǎo)致碼片脈寬展寬。通常采用色散補(bǔ)償光纖和啁啾光纖光柵都可以消除這兩個(gè)不利因素。但作者指出對(duì)OCDMA系統(tǒng)這些色散補(bǔ)償方式并不合適，因?yàn)樗鼈兓蛘叱杀靖呋蛘呖赡軒��?lái)較大插損。因此作者這里建議可以分別對(duì)兩個(gè)不利因素進(jìn)行補(bǔ)償。首先為了消除碼片時(shí)間間隔的漂移，作者在探測(cè)端使用分段的光纖光柵來(lái)轉(zhuǎn)換時(shí)間延時(shí)的位置實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償。顯然這是一種色散后補(bǔ)償方案。采用這種方式作者可以實(shí)現(xiàn)40km無(wú)色散補(bǔ)償OCDMA傳輸。但隨著傳輸距離進(jìn)步增加，作者指出由于脈寬展寬對(duì)眼圖質(zhì)量的惡化開(kāi)始占主導(dǎo)地位。因此作者再基于光纖光柵，添加了一個(gè)色散斜率補(bǔ)償器，來(lái)形成負(fù)的色散斜率以便對(duì)展寬的脈沖進(jìn)行壓縮。作者認(rèn)為這樣的色散斜率補(bǔ)償器具有價(jià)格低、損耗低以及結(jié)構(gòu)緊湊等多方面優(yōu)勢(shì)，因此很有推廣潛力。在分別對(duì)兩個(gè)不利因素做了補(bǔ)償后，作者實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了10Gb/s，80km的穩(wěn)定OCDMA傳輸。

    葡萄牙的研究者對(duì)40Gb/s的高速系統(tǒng)色散補(bǔ)償做了研究，作者首先采用對(duì)色散具有較高公差的光學(xué)單邊帶調(diào)制（OSSB）信號(hào)格式，之后在色散端使用了可調(diào)的電子色散補(bǔ)償器（AEDC）做動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償。為了增加對(duì)群速度色散（GVD）的補(bǔ)償范圍，作者在AEDC后額外使用了兩段色散微條形傳輸線（DMTL），以對(duì)OSSB系統(tǒng)一定量的累積GVD做后補(bǔ)償。通過(guò)測(cè)試作者證明這樣的補(bǔ)償系統(tǒng)能夠?qū)?74ps/nm的GVD做動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，而對(duì)差分群時(shí)延（DGD）也具有18ps的補(bǔ)償能力，整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)光信噪比的惡化不超過(guò)1.3dB。

光互聯(lián)與光交換： 
   希臘的研究者設(shè)計(jì)制作了全光時(shí)隙交換機(jī)，它能成功應(yīng)用于光分組交換（OPS）系統(tǒng)中，完成對(duì)數(shù)據(jù)包的可編程再排序工作，即滿足動(dòng)態(tài)可重構(gòu)光交換功能需求。作者設(shè)計(jì)的時(shí)隙交換機(jī)實(shí)際上是一系列可調(diào)延時(shí)平臺(tái)的級(jí)聯(lián)。每個(gè)延時(shí)平臺(tái)是由波長(zhǎng)選擇性轉(zhuǎn)換器和具有前向反饋功能的延時(shí)線兩部分構(gòu)成。其中可調(diào)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是由單片集成的半導(dǎo)體光放大器和MZ干涉儀構(gòu)成，延時(shí)線部分先對(duì)數(shù)據(jù)包時(shí)域解復(fù)用，每個(gè)數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)特定的光纖繞圈后再重新復(fù)用。事實(shí)上一個(gè)單階的可調(diào)延時(shí)平臺(tái)就可以完成對(duì)多個(gè)同時(shí)到達(dá)數(shù)據(jù)包的排隊(duì)調(diào)度工作，而這里作者之所以使用多階延時(shí)平臺(tái)級(jí)聯(lián)，主要是打算用系統(tǒng)的空間復(fù)雜性換取適當(dāng)?shù)念l譜利用率。舉個(gè)例子，如果同時(shí)需要處理49個(gè)數(shù)據(jù)包，當(dāng)只使用一階延時(shí)平臺(tái)時(shí)，完成整個(gè)排隊(duì)調(diào)度進(jìn)程至少需要有97個(gè)可利用波長(zhǎng)，而當(dāng)使用三階延時(shí)級(jí)聯(lián)時(shí)，僅使用13個(gè)波長(zhǎng)就可以完成整個(gè)調(diào)度進(jìn)程，進(jìn)一步，當(dāng)采用五階級(jí)聯(lián)時(shí)，則只需要使用7個(gè)波長(zhǎng)。顯然綜合譜效率和系統(tǒng)復(fù)雜性?xún)蓚�(gè)考慮因素后，可以認(rèn)為對(duì)最大可處理49個(gè)數(shù)據(jù)包的系統(tǒng)，采用三階可編程延時(shí)平臺(tái)級(jí)聯(lián)效果最理想。以這個(gè)三階級(jí)聯(lián)的時(shí)隙交換機(jī)為例，作者對(duì)10Gb/sNRZ數(shù)據(jù)包的調(diào)度做了測(cè)試，性能良好，產(chǎn)生的額外功耗大約為1.8dB。

   美國(guó)Georgia理工的研究者采用光載波抑制與分離（OCSS）技術(shù)生成了具有1bit/Hz/s高譜效率的光數(shù)據(jù)包信號(hào)，適合運(yùn)用于100Gb/s的光標(biāo)簽交換網(wǎng)里。盡管100Gb/s的系統(tǒng)時(shí)有報(bào)導(dǎo)，但實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)在分組交換系統(tǒng)里這還是第一次。其過(guò)程大致如下：作者首先使用一個(gè)20GHz正弦射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)的雙臂鈮酸鋰強(qiáng)度調(diào)制器和一個(gè)光學(xué)interleaver來(lái)實(shí)現(xiàn)OCSS操作，產(chǎn)生波長(zhǎng)分別為1546.36和1546.04nm的兩個(gè)波，分別用于調(diào)制標(biāo)簽和有效載荷信息。對(duì)標(biāo)簽這路直接使用一強(qiáng)度調(diào)制器生成3.125Gb/s的標(biāo)簽信號(hào)，而另一路則先使用在50GHzRF信號(hào)驅(qū)動(dòng)下的強(qiáng)度調(diào)制器轉(zhuǎn)換為RZ信號(hào)后，先后通過(guò)另一個(gè)強(qiáng)度調(diào)制器和一相位調(diào)制器，生成12.5Gb/s的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列信號(hào)，最后再通過(guò)復(fù)用器，生成100Gb/s的RZ-DQPSK格式信號(hào)以傳輸有效載荷信息，之后該路信號(hào)通過(guò)一個(gè)邊帶濾波器，其中心波長(zhǎng)偏離ITU-T標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)0.2nm左右，使用這個(gè)濾波器起到對(duì)有效載荷的限譜作用，以避免其和標(biāo)簽譜的重疊。最后標(biāo)簽信息和有效載荷再通過(guò)一個(gè)3dB耦合器混合在一起，最后信號(hào)再使用中心波長(zhǎng)嚴(yán)格符合ITU-T 標(biāo)準(zhǔn)的interleaver，以確保數(shù)據(jù)包僅占據(jù)100GHz帶寬。整個(gè)信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)，標(biāo)簽信號(hào)大約具有2.5dB的額外功耗，有效載荷信號(hào)則具有2.9dB的額外功耗。

   Arizona大學(xué)的研究者使用1×2的微環(huán)形共振器為基本單元構(gòu)造了橫縱兩個(gè)方向的可控開(kāi)關(guān)面陣，適合可重構(gòu)光交叉互聯(lián)應(yīng)用。對(duì)單個(gè)環(huán)形共振器單元，通過(guò)是否加電壓來(lái)改變共振條件，讓光可控的選擇兩個(gè)輸出端口中的一個(gè)。作者將這樣的單元做擴(kuò)展，橫縱方向使用等數(shù)目的開(kāi)關(guān)，構(gòu)成面陣，這樣有利于在交叉互聯(lián)中實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞路由。作者的芯片基于SOI集成技術(shù)制作，具有波長(zhǎng)選擇快速、功耗小、結(jié)構(gòu)緊湊和容易采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)制作等優(yōu)勢(shì)。

   二、光電器件：

有源器件： 
    半導(dǎo)體材料相對(duì)鈮酸鋰具有低得多的電光系數(shù)，但卻具有折射率大、光波段色散小、易于靈活制作各種結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)。因此本期California大學(xué)的研究者采用GaAs-AlGaAs材料制作了電光調(diào)制器，為了克服電光系數(shù)低從而需要較大外加電壓的不利因素，作者采用了襯底剝離技術(shù)，這樣可以在半導(dǎo)體層上下同時(shí)加金屬電極，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了35GHz帶寬，5V-cm低驅(qū)動(dòng)電壓的高品質(zhì)電光調(diào)制器；臺(tái)灣清華大學(xué)的研究者制作了焦距可調(diào)的聚合物微透鏡，通過(guò)外加電極注入電流的改變，用不同的焦耳熱給透鏡加溫，以便讓透鏡在相應(yīng)溫度下產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男巫�，進(jìn)而改變焦距。實(shí)驗(yàn)中作者將注入電流在0-30mA的范圍內(nèi)改變時(shí)，可以將微透鏡焦距從1590μm變化到44μm。

無(wú)源器件： 
    荷蘭的研究者基于InGaAsP–InP材料制作了具有偏振分束、轉(zhuǎn)換多功能的集成器件。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)基于兩個(gè)多模干涉器（MMI）構(gòu)成MZ干涉儀結(jié)構(gòu)，在干涉儀的兩臂上各使用一個(gè)偏振轉(zhuǎn)換器。測(cè)量顯式作者的器件能夠?qū)崿F(xiàn)高于95%的分束比；NTT的研究者將陣列波導(dǎo)光柵（AWG）的部分輸入輸出端口用波導(dǎo)連接，形成回路結(jié)構(gòu)，通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)的改變，作者證明可以變化波分復(fù)用器的傳輸容量。