一．網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)：
    每年第一期PTL論文數(shù)量相比往常都會少很多，本期也一樣，所以可圈可點的好文章并不太多。光網(wǎng)絡(luò)方面主要有兩篇關(guān)于WDM-PON的文章，兩項研究側(cè)重點有所不同。
    第一篇來自臺灣交通大學(xué)，作者基于WDM-PON進(jìn)行實驗，上下載信號均使用DPSK調(diào)制格式，在無色散補(bǔ)償下實現(xiàn)了20km的傳送。而整個工作的新穎點在于其信號上載部分。和現(xiàn)在熱門的研究一樣，作者在實現(xiàn)“無色”傳輸?shù)幕�礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用對下載信號波長的再利用，以降低系統(tǒng)成本。所不同的是這里作者具體的波長再利用方案相比以往有了改善，避免了對下載信號消光比的要求。先來看下作者的整個系統(tǒng)構(gòu)成和工作過程。信號下行發(fā)射是通過對DFB激光器1548nm波長的連續(xù)光進(jìn)行預(yù)編碼產(chǎn)生非歸零（NRZ）數(shù)據(jù)后，再使用基于鈮酸鋰的相位調(diào)制器做調(diào)制，獲得10Gb/s的DPSK信號。信號20km的傳輸分兩段，后10km是普通下行光纖，而前10km采用雙反饋架構(gòu)，以減少瑞利散射對前端接收器（Rx）的影響。信號在進(jìn)入ONU后，首先經(jīng)過一個光環(huán)路器分為兩部分，一路會有10%功率的下載信號先經(jīng)過可調(diào)衰減器（VOA）進(jìn)行增益均衡，再經(jīng)過EDFA做預(yù)放，最后再經(jīng)過一個延時干涉儀對DPSK信號進(jìn)行解調(diào)。而另一路擁有約90%功率的下載光用于波長再利用，以再調(diào)制上載信號進(jìn)行傳輸。再調(diào)制單元也在一個相位調(diào)制器上完成，而整個操作實質(zhì)上是在待上載信號Dup與原下載信號Ddown之間做了一個“異或”（⊕）的邏輯門操作。利用Ddown⊕Ddown＝0，而0⊕Dup＝Dup的原理，讓再調(diào)制信號里只包含待上載信號的相位信息。經(jīng)過測試，作者證明當(dāng)原下載信號消光比為11.7dB時，再調(diào)制的上載信號仍能維持7.2-8dB的較高消光比。在這之前的再調(diào)制方案都對下載信號具有較高消光比要求，因此作者現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)更適合未來DWDM的應(yīng)用趨勢。此外整個再調(diào)制過程的功耗大約0.6dB左右，產(chǎn)生定時抖動誤差低于20ps。整個系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求發(fā)射功率至少達(dá)到15dBm。
    第二篇研究來自香港大學(xué)，研究的側(cè)重點是在傳統(tǒng)提供點對點服務(wù)的WDM-PON基礎(chǔ)上，融入了對下載信號的組播服務(wù)。在光發(fā)射部分，作者先使用一個商用與非門產(chǎn)生一個反轉(zhuǎn)歸零（IRZ）形狀的波形，用它來驅(qū)動一個光強(qiáng)度調(diào)制器就產(chǎn)生了一路IRZ格式的信號，這些強(qiáng)度調(diào)制信號用于提供點對點傳輸服務(wù)。再將來自各收發(fā)模塊的下載信息經(jīng)過AWG波分復(fù)用，復(fù)用信號經(jīng)過EDFA放大后，一起通過相位調(diào)制器，該相位調(diào)制器由預(yù)編碼的待組播數(shù)字信號做驅(qū)動。這樣待組播信號就可以以DPSK格式也被調(diào)制在點對點下行信號上。這樣，就在同一個WDM-PON里，同時實現(xiàn)了點對點和組播兩種服務(wù)。在這個基礎(chǔ)上作者又進(jìn)一步做了改進(jìn)，如果將下行信號中，點對點傳輸信號先后經(jīng)過一個與非門，和一個直接驅(qū)動的強(qiáng)度調(diào)制器，則點對點信號將以NRZ格式傳輸。然后類似前面的過程，也可以將待組播的信號以DPSK格式也調(diào)制在NRZ信號上。但對這種NRZ強(qiáng)度調(diào)制基礎(chǔ)上的DPSK信號，在ONU，如果NRZ信號的消光比太大（高于4.7dB），則無法通過延時干涉儀對強(qiáng)度組播信號做正確相位解調(diào)。利用這個原理，作者在每個光收發(fā)模塊上加了一個額外的電子模塊，通過OLT上對每個收發(fā)模塊進(jìn)行電子控制，可以有選擇的改變各NRZ信號的消光比，進(jìn)而只讓有需要的ONU能接收到較低消光比（低于4.7dB）NRZ信號，這樣才能對其組播的DPSK信號作正確解調(diào)。在實用角度，也就是說通過對OLT每個收發(fā)模塊電子控制，可以只對訂閱服務(wù)的目標(biāo)用戶實現(xiàn)組播。
    光梳狀發(fā)生器有許多應(yīng)用，如任意波前發(fā)生、OCDMA系統(tǒng)的譜相位編碼等。對這些應(yīng)用，要求梳狀信號發(fā)生器具有等間隔、光頻穩(wěn)定以及增益平坦等性能。利用光學(xué)方法實現(xiàn)梳狀發(fā)生的渠道有很多，目前較受關(guān)注的一種是對連續(xù)光進(jìn)行外部調(diào)制。本期Central Florida大學(xué)的研究者就采用了這種思路生成了超平坦的梳狀信號。作者對連續(xù)光的外部調(diào)制是通過一個相位調(diào)制器實現(xiàn)的，利用兩個正弦波來驅(qū)動該相位調(diào)制器，且兩個驅(qū)動信號強(qiáng)度和頻率都不同，通過對驅(qū)動信號進(jìn)行優(yōu)化選擇，能夠?qū)崿F(xiàn)不同間隔和梳線數(shù)目。當(dāng)梳線條數(shù)由9－11變換時，實驗獲得的梳狀信號增益變換好于0.8－2dB。
    美國AZNA-FINISAR公司的研究者設(shè)計制作了專用于WDM應(yīng)用的可調(diào)光發(fā)射模塊。整個模塊被封裝在一個蝴蝶結(jié)型盒子內(nèi)。該可調(diào)激光器能夠在C波段實現(xiàn)30nm帶寬內(nèi)10.7 Gb/s的可調(diào)發(fā)射。作者實驗證明使用該可調(diào)激光發(fā)射模塊能夠在無任何色散補(bǔ)償?shù)那闆r下實現(xiàn)200km的傳輸。當(dāng)使用電子色散補(bǔ)償模塊后，傳輸距離還可以擴(kuò)展到300km。來簡單看一下作者設(shè)計發(fā)射模塊的結(jié)構(gòu)：首先10Gb/s的高速數(shù)據(jù)通過一根共面波導(dǎo)連接至一1×8的RF光開關(guān)（Hittite HMC323）。開關(guān)的八個輸出通過微條線與八個DFB激光器陣列相連。每個DFB激光器是400微米長的掩埋型異質(zhì)結(jié)激光器，且具有相位漂移光柵結(jié)構(gòu)。通過光柵部分的熱調(diào)節(jié)實現(xiàn)波長選擇。DFB陣列的輸出在電控MEMs轉(zhuǎn)鏡控制下，經(jīng)過一共焦透鏡聚焦，再經(jīng)分束器，有5%能量用于功率控制，95%用于輸出。這部分輸出能量經(jīng)過一個隔離器后，再連接一個分束器，一部分能量與跟蹤探測器相連，用于波長鎖定，另一部分能量經(jīng)過光譜再成形濾波器后，經(jīng)過透鏡聚焦，耦合進(jìn)入尾纖輸出。
二．光有源器件：
   在半導(dǎo)體激光器中，量子點和量子阱激光器都是近年來廣受關(guān)注的類型。相比之下兩者互有優(yōu)劣，量子點激光器溫度穩(wěn)定性比量子阱好，但增益水平不如量子阱激光器高。本期有兩篇關(guān)于量子阱激光器的研究，都是面向WDM應(yīng)用。但一個是實現(xiàn)多波長發(fā)射，另一個是實現(xiàn)波長可調(diào)輸出。加拿大研究者在1.6微米波段實現(xiàn)了0.8nm間隔的24個波長發(fā)射。全部波長最大功率變化為8dB。比起通常的量子點激光器，作者的器件具有高信噪比特性，在采用了InAs-InGaAsP量子點結(jié)構(gòu)后，其信噪比可以高達(dá)62dB。作者的激光器有源層由五層InAs量子點組成，以27nm為周期，以InGaAsP做緩沖層；另一項研究來自英國研究者，作者以InP為基底，制作了三段結(jié)構(gòu)的可調(diào)分布Bragg反射激光器，能在1550nm波段實現(xiàn)8nm范圍的可調(diào)發(fā)射，最大輸出功率為20mW。其三段結(jié)構(gòu)包括：500微米長的增益區(qū)域，100微米長的相位結(jié)構(gòu)和700微米長的Bragg反射區(qū)。而有源區(qū)域是使用了六層8nm厚的嵌入在量子阱區(qū)域的InAs量子點結(jié)構(gòu)。
    半導(dǎo)體環(huán)形激光器（SRL）因具有良好的自激雙穩(wěn)態(tài)特性，而在全光交換、光邏輯運(yùn)算以及光信號處理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。衡量SRL性能的最關(guān)鍵指標(biāo)之一就是器件的尺寸，受到光子生命周期的限制，只有將該器件尺寸降到幾十微米以下，才能達(dá)到皮秒量級的交換時間。本期英國的研究者設(shè)計制作了1.55微米波段的SRL器件。該器件采用兩個新穎的拋物線型內(nèi)反射鏡構(gòu)成激光腔，兩反射鏡被兩個鋸齒形脊形波導(dǎo)相連，構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)。該封閉結(jié)構(gòu)可以等效為一個半徑僅16微米的環(huán)，能夠?qū)崿F(xiàn)室溫140微瓦的連續(xù)波發(fā)射，域值電流22mA。
    丹麥的研究者在980nm商用VCSEL激光器的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，在頂部DBR結(jié)構(gòu)上加了亞波長光柵鏡結(jié)構(gòu)，兩者以一層薄薄的氧化層相隔。該亞波長光柵實質(zhì)上可以等效為一個大有效折射率材料，因此與有源層本身形成大折射率差，起到強(qiáng)限制作用，抑制了高階橫模，進(jìn)而改善了器件的單模輸出功率。而這一層薄氧化層則具有改善機(jī)械穩(wěn)定性，以及進(jìn)一步改善單模特性等用處。
三．光無源器件：
    在AWG設(shè)計里，通道平坦化和通道均勻性都是很重要的性能指標(biāo)。實現(xiàn)接近矩形的平坦頻譜響應(yīng)，比起通常的高斯頻譜響應(yīng)，能有效降低波長漂移對探測的影響，從而不需要溫度穩(wěn)定元件，降低了系統(tǒng)要求。而在解復(fù)用的同時實現(xiàn)較好的通道均勻性也可以避免額外使用可調(diào)光衰減器，進(jìn)一步降低成本。本期臺灣大學(xué)的研究者在AWG每個輸出波導(dǎo)前都使用了一個多模干涉區(qū)域和一個漸變錐形波導(dǎo)區(qū)域。通過兩個額外波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的使用，能同時改善通道均勻性和頻譜平坦性。最終設(shè)計的器件1dB帶寬比通常器件大了44%，而20nm內(nèi)的通道非均勻度也低于1dB。
   單纖三向器件（Triplexer）是FTTH的核心器件之一。最常用的Triplexer是采用1550nm波長下行傳輸模擬信號，采用1490nm窗口傳輸下行數(shù)字信號，而采用1310nm窗口做終端用戶上行使用。因此通常的Triplexer實際上就是一個粗波分復(fù)用器，將三路波長分開或合在一根光纖上傳輸。本期有兩篇關(guān)于Triplexer的設(shè)計，其實原理大致相似，都是通過兩級結(jié)構(gòu)的級聯(lián)，即第一次先將1310nm波長分開，第二部分再分開1550nm和1490nm波長。韓國Kwangwoon大學(xué)的研究者是通過兩個Mach-Zehnder干涉器級聯(lián)，而韓國Hanyang大學(xué)的研究者則是通過兩個多模干涉耦合器級聯(lián)，相比后者結(jié)構(gòu)更加緊湊。