（作者：深圳朗光科技　宋軍）
    2/27/2009,2009年的OFC/NFOEC將于三月在San Diego, CA.召開。和往年一樣，JLT在新一年OFC/NFOEC召開前夕，都會推出一個前一年度的核心技術(shù)�？�。對上一年度大會里最受矚目的技術(shù)，以及最新提出的概念，邀請作者提供8-12頁的長篇論文，更詳細的將其研究介紹給讀者。粗略的看一下本期�？�，可以看到08年OFC/NFOEC無源器件方面，主要圍繞新型光纖和低彎曲損耗光纖開展研究，而有源方面最受關(guān)注的是適合光接入的高速光收發(fā)元件；子系統(tǒng)及技術(shù)層面，相干探測技術(shù)，偏振復用技術(shù)，QPSK調(diào)制格式，以及正交頻分復用（OFDM）都是出現(xiàn)頻率較高的名詞；長距離傳輸方面，和往年沒有差別，提高光譜效率和傳輸容量都是最為突出的主題；而光接入方面，大量研究就PON拓展應(yīng)用展開研究，而最核心的是“兼容”這兩個字，追求低成本、高靈活的接入實現(xiàn)方式成為目標；此外一些新概念如微波光子學也可作為本次�？�一個較為獨立的主題。下面讓我們分內(nèi)容簡要瀏覽下本次�？�：

1、相干檢測技術(shù)與系統(tǒng)實驗：
   本次專刊有許多采用相干檢測系統(tǒng)的研究，他們都有一個共性，就是面向超大光譜效率系統(tǒng)，為了追求超大容量，避免系統(tǒng)損傷的影響，且維持較低的系統(tǒng)成本，相干探測是首選的技術(shù)之一。下面列舉的一些結(jié)果都證明了這一點：
   首先AT&T實驗室和NEC公司的一項聯(lián)合研究，旨在進行高譜效率系統(tǒng)實驗。作者實驗系統(tǒng)采用RZ-8PSK這樣的多進制相位調(diào)制格式，再結(jié)合偏振復用技術(shù)，達到了單通道114Gb/s的調(diào)制速率，再使用8個WDM通道，頻帶間隔為25GHZ，這樣總的譜效率達到4.2 bit/s/Hz。系統(tǒng)實驗工作距離為640km，傳輸過程中沒有使用任何色散補償及放大系統(tǒng)。所有補償功能位于接受端。首先作者采用了單終端內(nèi)差檢測技術(shù)，但這樣的單級相干檢測系統(tǒng)還不足以彌補這樣高譜效率下的信號扭曲，因此作者在將光信號轉(zhuǎn)換為電信號后，又結(jié)合了功能強大的電子色散補償模塊，利用DSP模塊的算法優(yōu)化，實現(xiàn)了該傳輸距離內(nèi)的無誤碼傳輸。
   另一項來自AT&T實驗室的研究立足于和上面相似的系統(tǒng)，實驗使用雙偏振46Gb/s的QPSK調(diào)制格式，使用外差相干檢測方式，同樣終端使用DSP模塊增強系統(tǒng)公差。但重點在于考察這樣的系統(tǒng)對偏振模式色散（PMD）的免疫力。作者證實，隨著單波長和多波長（即WDM系統(tǒng)）的不同工作模式，由于PMD帶來的信噪比變化略有不同，但總體來說，這樣的系統(tǒng)對PMD有較大公差，例如當使用8個波長通道，傳輸100km后，由于大PMD產(chǎn)生的信噪比惡化僅約為1.2dB。
   Alcatel-Lucent的一項實驗研究，同樣是在追求大容量、長距離傳輸?shù)臄?shù)字記錄。同樣作者采用了偏振復用的QPSK調(diào)制格式，單通道速率100Gb/s，以50GHz為頻帶間隔，同時使用了C段和L段全部可利用波長，這樣達到了16.4Tb/s的總傳輸容量，系統(tǒng)工作距離更高達2550km。這樣的超大容量系統(tǒng)，采用相干探測也是必然的選擇。作者的相干檢測系統(tǒng)含有兩個關(guān)鍵部件，一個是相干混頻器，用于將濾波后的待檢測波長信號經(jīng)過本地振蕩的連續(xù)激光混頻，混頻器有四個輸出端口，靠偏振調(diào)節(jié)來產(chǎn)生不同強度的衰減來實現(xiàn)多進制檢測；另一個主要部件是平衡線性光電接收器，該器件的使用實際上方便了后面衍生的電子數(shù)字信號處理功能。
   專刊里東京大學的研究者更明確定義了相干檢測系統(tǒng)的功能。認為光通信里的相干檢測實際上就是集成了相位漂移的零差接收器和DSP數(shù)字信號處理這樣雙重功能的系統(tǒng)模塊，非常適合用于對高譜效率、多進制調(diào)制的信號進行解調(diào)。DSP模塊有許多靈活性優(yōu)勢，靠算法優(yōu)化也擁有強大功能。但顯然，和任何電子系統(tǒng)一樣，存在速率瓶頸，特別當需要模數(shù)轉(zhuǎn)換的時候，直接影響可探測的單通道速率。作者在實驗接受系統(tǒng)里，探測信號經(jīng)分束器分為兩束，兩束間有π/2的延時，再分別與一個本地振蕩激光混頻。進而更容易恢復出相位信息，并適用于多進制解調(diào)。其實，使用本地振蕩混頻，上面阿朗的研究也有類似概念。只不過這里作者闡述的更詳細，再通過優(yōu)化DSP模塊功能，作者能實現(xiàn)對640Gb/s的超高速調(diào)制信號解調(diào)。

2、全光正交頻分復用（OFDM）： 
   08年的OFC中，OFDM是出現(xiàn)頻率非常高的一個名詞。在無線和有線通訊里，OFDM都是一種非常流行的信號調(diào)制方式（如WiMax, DVB-T, ADSL等），非常有利于抑制碼間串擾。近些年，OFDM在光通信中的應(yīng)用，也越來越被看好，這一點主要應(yīng)是看重其良好的光譜效率。
   OFDM的概念很簡單，但真的應(yīng)用在光通信里面，還有很多細節(jié)需要考慮，要處理好這些并不容易。�？�里有篇特邀論文來自Monash大學的Armstrong教授。這位女教授可以算作OFDM領(lǐng)域最富盛名的專家了。作者詳細闡述了OFDM應(yīng)用于光通信的許多細節(jié)問題，包括概念、算法、收發(fā)端設(shè)計、優(yōu)缺點等。一些比較有益的觀點包括：在每個OFDM字符中加入一個環(huán)形前綴，能幫助容易的消除帶間線性扭曲；面對光通信，根據(jù)使用單模、多模光纖的差別，以及一些具體技術(shù)的不同，常需要對基本的OFDM算法做一些調(diào)整，從而發(fā)展出許多衍生格式；OFDM應(yīng)用于光通信還有很多缺點，最主要表現(xiàn)為峰值對平均功率的比值過高，對頻率漂移、相位噪聲過于敏感等。
   Melbourne大學的研究者通過將幾個OFDM頻帶復用，提出了被稱為OBM-OFDM這樣的衍生調(diào)制模式，該模式能用相同的快速傅里葉變換（FFT）單元，實現(xiàn)對幾個帶的處理，大大提高了光譜利用效率，使用的循環(huán)前綴也可以比較短。這樣作者利用較低速的DA/AD模塊，就能實現(xiàn)對107Gb/s這樣的高速OFDM信號解調(diào)了。
   此外，諾基亞西門子網(wǎng)絡(luò)的研究者，也提出了和前面非常相近的研究思路，通過對幾個并行OFDM帶的復用，有效降低了DA/AD速率和循環(huán)前綴長度。實驗系統(tǒng)里，作者使用了四個OFDM頻帶復用，并結(jié)合了偏振復用技術(shù)，實現(xiàn)了121.9Gb/s的單通道調(diào)制速率，再以50GHz為間隔，復用了10個波長通道，實現(xiàn)了1000km的單模光纖傳輸。為了簡化系統(tǒng)，提高公差，作者同樣在探測終端結(jié)合運用了DSP模塊來做數(shù)據(jù)處理和恢復。
   NEC的研究者則從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的層面，探討了OFDM在全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境（GENI），以及未來光網(wǎng)絡(luò)接入領(lǐng)域可能具有的重要應(yīng)用，目標是實現(xiàn)帶寬的虛擬化和拓撲虛擬化。例如，對PON架構(gòu)，專門針對OFDM調(diào)制的特點，作者建議了如何構(gòu)建VPON，以支持不同客戶接入要求的一些想法。此外，作者也指出OFDM與WDM技術(shù)相結(jié)合，會具有靈活性高，可靠性強，性價比高等優(yōu)勢，且依靠對副載波資源的合理配置，有望大幅降低WDM的建設(shè)成本，當然這里的成本比較是相對于TDM-WDM而言。對OFDM-WDM這個概念，作者在文章里也有不錯的實驗結(jié)果給出。

3、3R模塊： 
    每年的OFC/NFOEC大會有一大部分的研究都是面向超大容量、超高速度、超高頻譜效率，以及超長傳輸距離而開展的。對于這些系統(tǒng)應(yīng)用，信號的再放大、再定時和再整形（3R）模塊是非常重要的子系統(tǒng)。在每年OFC/NFOEC中都占有較大分量。但近些年來，有突破性的想法不多，因此�？�里收錄的這方面研究也不多，下面僅以一篇丹麥研究者的論文為例：作者使用有脊形波導結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰波導，通過周期性極化后，對信號光產(chǎn)生的準相位匹配效應(yīng)，實現(xiàn)了對640Gb/s超高速信號的時鐘恢復功能。這里周期性極化的鈮酸鋰波導形式上是一個和頻器，功能上則相當于一個相位比較器，通過比較信號光和本地時鐘，產(chǎn)生一個強度正比于兩者相差的誤差信號。這個誤差信號再用來對信號頻率進行鎖環(huán)操作。作者以640Gb/s的時分復用信號做測試，在單模光纖中傳輸50km后，恢復出時鐘，當系統(tǒng)動態(tài)范圍為16dB時，定時抖動小于100fs。

4、光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：
    在OFC/NFOEC大會中，分網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光傳輸技術(shù)兩個主要方向。這兩個方向的研究走的道路完全相反，在光傳輸方面，前面已經(jīng)提到，OFC/NFOEC在永無止境的追求大容量，長距離的數(shù)字記錄；而光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層面，研究者近年來則謹慎的多。多數(shù)研究致力于尋找最有實用價值的技術(shù)，即性能靈活化，成本低廉化，功能兼容化，用戶多元化，簡稱“四化”。讓我們簡要看一下，本次�？�里，光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的一些研究：
    首先就IP基的WDM應(yīng)用，�？�里有一篇來自Melbourne大學的特邀論文，作者旨在探尋IP-WDM接入的成本以及能耗，與不斷增加的容量需求間的關(guān)系。作者談到，到目前為止，我們研究和應(yīng)用的起始點還是點對點的WDM接入，路由器多借助于電子元件。而目標是實現(xiàn)全光的分組交換，甚至光突發(fā)模式交換，以獲得光環(huán)形交換這樣的復雜功能。總的來看，隨著網(wǎng)絡(luò)容量的增加，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和升級的成本都在快速增加，要想提高網(wǎng)絡(luò)運營的性價比，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是非常重要的環(huán)節(jié)。對IP-WDM，較重要的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化渠道如流量疏導，通過最大化光傳輸系統(tǒng)和光通道的利用率，來最小化路由器的數(shù)量。這是提高性價比，非常有效的方式。作者也討論了隨著網(wǎng)絡(luò)容量增長，流量疏導的系統(tǒng)價格變化。除了建設(shè)成本，網(wǎng)絡(luò)功耗則是影響運營成本最主要的因素，對現(xiàn)在的接入，通常用戶調(diào)制器是功耗的重頭，顯然使用PON架構(gòu)，能有效降低網(wǎng)絡(luò)能耗。在這個角度，WDM網(wǎng)絡(luò)更具優(yōu)勢，即使未來使用了全光分組交換，或全光突發(fā)模式交換，網(wǎng)絡(luò)能耗也不會有大的提升。
    �？�里有一篇來自英國BT, Ipswich，長達19頁的特邀論文，詳細回顧了近年來長距離無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的技術(shù)趨勢。作者的研究主要從目前普遍商用的EPON和GPON為起點，探尋增加接入距離的方式。對PON，通常擴展接入距離最有效的方式就是使用中繼傳輸，例如分段的使用EDFA。這里作者強調(diào)了半導體光放大器（SOA）在擴展GPON接入距離上的重要性。原因是SOA可以很容易的實現(xiàn)對1310 nm（O帶）和1490nm（S帶）波長的光放大，且具有高增益、低噪聲、低偏振相關(guān)損耗、動態(tài)響應(yīng)快，以及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢。作者在文中詳細介紹了摩托羅拉為他們設(shè)計的基于SOA的GPON中繼器。全部系統(tǒng)立足于ITU-T G.984.6.標準設(shè)計。該中繼器被安放在一個可以埋入地下的盒子內(nèi)，并成功進行了60km接入距離，128路分束比的GPON系統(tǒng)測試。此外，作者也介紹了面向下一代PON的拓展中繼器樣機，即可支持10Gb/s，512路分束比，最大100km接入距離的傳輸。最后，作者強調(diào)了，隨著帶寬的需求不斷增加，有效增加PON的接入長度是非常關(guān)鍵的內(nèi)容。
    日本信息通信研究所(NICT)的研究者面向10Gb/s的光接入應(yīng)用，提出了OCDMA-WDM的混合接入技術(shù)。在OLT作者使用16*16的多端口編解碼器，在ONU則使用超結(jié)構(gòu)光纖光柵（SSFBG）實現(xiàn)對碼分信號的編解碼操作。在系統(tǒng)里，對單通道，作者使用DPSK-OCDMA的編碼和復用格式，再使用8個波長通道，實現(xiàn)了總量10*10Gb/s的容量，傳輸距離100km。這里由于作者采用了混合復用模式，并使用了矩陣化的編解碼模塊，因此所有通道支持異步傳輸。
    此外，日本Oki Electric Industry Company的研究者則結(jié)合了時分和碼分復用模式，以實現(xiàn)Gbit容量的光無源網(wǎng)絡(luò)（PON）接入。本質(zhì)上這可以看做是對目前GPON的一次技術(shù)升級探索，和前面研究不同，升級不使用新的波長，而在同個波長上增加碼分復用功能，系統(tǒng)能讓CDM-PON和GPON維持最小7dB，最大22dB的隔離度，后向噪聲影響也并不顯著。因此系統(tǒng)除了擴充容量外，還能利用碼分復用的特殊優(yōu)勢，提高接入距離。總的來看，兩種方法復用，成本上明顯低于上面的CDM-WDM復用方式，畢竟現(xiàn)在系統(tǒng)考慮的是對目前GPON的兼容，而不是重建。但是，性能上，由于兩種復用信號的隔離度太差，在一定程度上顯現(xiàn)了其可靠性的不足。

5、微波光子學： 
    顧名思義，微波光子學是一個交叉學科，研究微波和光學的交互作用，及相關(guān)應(yīng)用。具體應(yīng)用主要包括光子發(fā)生、信號處理、微波毫米波信號控制和傳送等。具體到光通信應(yīng)用，誕生的子學科主要包括：相位陣列天線的光學控制、無線光纖（radio over fiber, RoF）系統(tǒng)、光子模數(shù)轉(zhuǎn)換等。作為近年來出現(xiàn)的新概念，微波光子學在08年的OFC中受到了較多的關(guān)注，�？�里，相關(guān)論文主要包括：
    Ottawa大學的一篇特邀論文，對學科發(fā)展做了概括性描述，除了上述提到的各種應(yīng)用介紹，還包括技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)，和新的應(yīng)用展望等。就微波光子學而言，誕生的初衷我認為是兩個學科優(yōu)勢的互補，至少到目前為止，全光網(wǎng)絡(luò)不太現(xiàn)實，拋開高昂的成本不說，光學還有好多技術(shù)性問題沒有解決好，應(yīng)用起來并不那么靈活。但成熟的微波技術(shù)，以及電子模塊的大規(guī)模集成化都使得微波通信應(yīng)用簡單多元化，這是光通信還無法望其項背的。然而光有著最突出的優(yōu)勢，帶寬大，損耗低，因此微波光子學說白了就是以光為載體，解決電子瓶頸問題。作者描述的各種應(yīng)用，也都體現(xiàn)了這一理念，例如信號發(fā)生，通常是用兩個波長的光通過外差探測，產(chǎn)生拍頻效應(yīng)，他們的微小波長差，實質(zhì)上就是一個微波信號頻率。其他應(yīng)用也都類似，例如光通信里最主要的RoF應(yīng)用，也通常是采用副載波調(diào)制，讓光頻調(diào)制信號上，額外再調(diào)制一個類似于包絡(luò)結(jié)構(gòu)的微波頻率信號，進而實現(xiàn)在光纖中傳輸RF信號。再比如模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，也是因為通常電子器件轉(zhuǎn)換速度上不去，才結(jié)合使用光學的方法，如利用級聯(lián)的Mach–Zehnder干涉儀來實現(xiàn)光頻的高速轉(zhuǎn)換。此外作者也談到一些新概念應(yīng)用，如慢光效應(yīng)等。
    Essex大學的研究者實驗顯示了他們雙向工作的RoF系統(tǒng)測試結(jié)果。其微波信號是多帶OFDM信號，系統(tǒng)主要使用一個反射式的電吸收傳感器（REAT），可以將1564nm波長載波反向調(diào)制信號，也可以對1308nm的光實現(xiàn)光電檢測。兩波長的光，都產(chǎn)生自帶寬4.8GHz，商用的VCSEL激光器。系統(tǒng)支持480Mb/s的雙向?qū)拵�微波信號光纖傳輸。
    Cambridge大學的一項研究，實現(xiàn)了電子CDMA（ECDMA）技術(shù)的光接入與傳輸。研究開發(fā)的模塊潛在可支持7個用戶，每用戶1.25Gb/s的傳輸速率。其傳輸容量可和現(xiàn)在廣泛研究的全光CDMA，即OCDMA相比擬，但價格要便宜的多。作者的系統(tǒng)中，在CO生成為每個用戶編碼的信號，并下行發(fā)送。在接收端，每個用戶都配有一個獨立的調(diào)制器，用于解調(diào)本地信號，并過濾其他用戶的信號。同時使用該調(diào)制器上載信號，發(fā)射回CO。這里接收端的modem都是電子模塊，其核心器件為有限沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器（FIR）。

6、光收發(fā)器件與系統(tǒng)：
    NTT研究者面向10Gb/s的GPON拓展應(yīng)用，基于基線漂移共模抑制技術(shù)，研發(fā)了交流耦合的突發(fā)模式發(fā)射機。所采用的技術(shù)能有效消除交流耦合界面的電容瞬態(tài)響應(yīng)，生成高速的光突發(fā)模式信號。其差分調(diào)制格式有利于抑制電子串擾。作者對開發(fā)系統(tǒng)進行了可靠性測試，信號反轉(zhuǎn)時間小于500ps，輸出功率可達4.4dBm，消光比為7.9dB。該模塊的測試值，超越了IEEE 802.3標準的規(guī)定值。
    Georgia理工的研究者面向40Gb/s的WDM-PON研發(fā)了功能強大的光發(fā)射模塊。其發(fā)射機主要由商用直接調(diào)制的分布Bragg反饋（DFB）激光器，和一系列光濾波器組成。這些濾波器功能上能對調(diào)制脈沖進行相位校正操作，從而讓信號脈沖產(chǎn)生微小的啁啾。通過抑制“0”信號的絕對功率值，進而改善了信號消光比，提高了信號傳輸?shù)纳�散公差。作者對該發(fā)射模塊在一個40Gb/s的WDM-PON中進行了測試，使用標準單模光纖，無色散補償下傳輸了超過20km，而240km的系統(tǒng)測試作者也正在開展中。
    Virginia大學的一篇特邀論文，對面向高速光通信應(yīng)用的InP光電探測器應(yīng)用和發(fā)展做了系統(tǒng)回顧。作者主要談到的探測器類型包括：單向載流子傳輸光電探測器（UTC-PD）、p-i-n波導光電二極管（WG-PD）、行波光電探測器（TWPD）等。作者談到這些器件合理設(shè)計和制作后都可以實現(xiàn)160Gb/s的響應(yīng)速率。一些單片集成的InP探測器件也能實現(xiàn)80Gb/s的響應(yīng)。

7、光交換技術(shù)：
    08年OFC在光交換這一塊，非常新穎的研究不多，本次專刊收錄的這方面內(nèi)容也非常有限，這里僅以荷蘭研究者的一篇研究論文為例：作者的研究目標是實現(xiàn)全光分組交換，并支持模塊集成化。其使用的帶間標簽是一種具有彈性的標簽交換技術(shù)。作者使用N個可獲得的波長，要實現(xiàn)對2N個地址信息的編碼操作。相應(yīng)的標簽處理器，在硬件上是依靠N個光開關(guān)面陣式實現(xiàn)的。作為實驗系統(tǒng)，他們研發(fā)了一個1*4的全光分組交換模塊，成功實現(xiàn)了對160Gb/s信息的交換操作。交換中，對標簽擦除，或插入新的標簽信息，會產(chǎn)生大約0.5dB的額外損耗，作者認為其開發(fā)的模塊非常適合于未來多hop光交換網(wǎng)絡(luò)運用。

8、光纖與光纜： 
     光纖應(yīng)用方面：California大學的研究者通過對四光子混頻的位置變化測定，可以精確測量任意光纖的非線性參數(shù)；Corning公司的研究者在光纖中制作了納米尺度的空氣孔洞，進而制造出了彎曲損耗極低的單模光纖，光纖彎曲一個半徑5mm的圈，損耗也僅0.1dB。