3/17/2010,現(xiàn)對本月光學(xué)領(lǐng)域最頂級的幾個國際期刊中和光通信相關(guān)的論文做一個概要總結(jié)，以幫助各位朋友了解光通信領(lǐng)域國際最前沿的研發(fā)動向。
《Optics Letters》Vol. 25. No.3-5：
    隨著微波光子學(xué)（RoF）的發(fā)展，近來將有線天線電視（CATV）和微波射頻信號同時加載在光纖中一起傳輸，受到越來越多研究者的關(guān)注。要想實現(xiàn)這一思路，目前遇到的主要問題是系統(tǒng)在受載波合成二次及三次拍差比嚴(yán)重影響后，傳輸載噪比大幅下降，導(dǎo)致誤碼率難以滿足實用需求。為此臺北科技大學(xué)做了實驗，設(shè)計了改進系統(tǒng)，保證了CATV/RoF在單模光纖中以10-9誤碼率的正常傳輸。其建議的系統(tǒng)主要有兩個改進，首先在其40km的單模光纖傳輸上，額外使用了一段1.43km的光子晶體光纖（PCF），該光纖具有負(fù)色散，起到色散補償?shù)淖饔�；此外，系統(tǒng)里還使用了一個可調(diào)光帶通濾波器（TOBPF），可對CATV信號實現(xiàn)雙邊帶對單邊帶的信號轉(zhuǎn)換，同時可對RoF信號選通上邊帶。作者建議的系統(tǒng)相比常規(guī)CATV/RoF混合系統(tǒng)，探測靈敏度提高了7.5dB左右。
    澳大利亞研究者報到了如何在聚合物光纖中寫入光纖光柵的研究方法。作者使用355nm波長激光器作為寫入光源，能分別在多模和單模聚合物光纖中寫入光柵，其原理是利用塑料光纖材料的光折變效應(yīng)；香港城市大學(xué)的研究者使用光纖環(huán)形共振器制作了波長選擇濾波器，可方便用于波分復(fù)用（WDM）信道的選擇和調(diào)節(jié)。光纖環(huán)形共振器結(jié)構(gòu)很簡單，容易實現(xiàn)，但因為基于共振原理，所以共振譜寬非常窄，不太適合非密集波分復(fù)用。作者這里做了改進，在共振器前后各使用了一段長周期光纖光柵（LPG），因此共振環(huán)內(nèi)工作模式不再是導(dǎo)模，而是包層模，這樣可以使得共振頻帶間隔達(dá)到GHz量級，適合一般的WDM應(yīng)用。
《Optics Express》Vol.18, No.5-6:
    新加坡研究者就FTTH建議了自己的PON結(jié)構(gòu)，并設(shè)計制作了單片集成的光收發(fā)模塊。首先其PON架構(gòu)和常規(guī)結(jié)構(gòu)的差異為，下行1490nm信號和上行1310nm信號使用獨立的兩根光纖。在ONU里不含有激光器，下行1490nm信號光和連續(xù)的1310nm光經(jīng)一個粗波分復(fù)用器耦合在同一根光纖中傳輸，在ONU，1490nm信號被解調(diào)，同時1310nm連續(xù)光被調(diào)制信號，并傳入上行光纖中。作者建議的架構(gòu)優(yōu)勢是ONU不再使用光源，降低了成本，缺點是需要兩路獨立光纖。作者的另一項工作是使用硅光子集成，將調(diào)制器、WDM器，探測器和相關(guān)電子元件單片集成，制作了適合于其所建議PON應(yīng)用的集成光收發(fā)模塊。
    光正交頻分復(fù)用（OFDM）是近來廣受關(guān)注的信息復(fù)用技術(shù)，其優(yōu)勢是對色散、PMD公差高，降低了高速調(diào)制下，對信號補償?shù)南到y(tǒng)要求。在高速率，高光譜效率的OFDM系統(tǒng)里，同相通道與正交通道的失衡（I/Q失衡）是最主要的信號性能損傷因素。對此日本研究者使用電子補償?shù)姆椒ㄑa償了I/Q失衡，補償在發(fā)射和接收端分別進行，發(fā)射端基于正交測試信號法，接收端使用多尺度圖像迭代算法，使用這樣的混合法補償，作者實驗證明可將強度公差提高± 10%，將相位公差提高± 0.085rad，由此帶來的額外功耗大約1dB；加拿大研究者也是對高速長距離OFDM系統(tǒng)，立足數(shù)字信號處理技術(shù)做了信號補償，其特色是補償為自適應(yīng)式的，通過發(fā)射微波導(dǎo)頻信號，能夠?qū)�實際傳輸光信號的碼間隔實時判斷，實現(xiàn)動態(tài)均衡。
    光纖模式在數(shù)學(xué)上意味著麥克斯韋方程組在光纖截面邊界條件下的本征解，具有獨立正交性。因此以不同模式傳輸?shù)墓怆m然會發(fā)生干涉等現(xiàn)象，但傳輸上彼此獨立正交，不會明顯干擾。有許多研究欲將模式作為一種變量，就像波長、時間、頻率、和偏振一樣，用于實現(xiàn)傳輸信號的復(fù)用。并且結(jié)合其他復(fù)用方式，如WDM的基礎(chǔ)上，進一步擴展信息復(fù)用容量。日本北海道大學(xué)的研究者設(shè)計了用于模式復(fù)用的四路復(fù)用/解復(fù)用器，其特點是全光纖設(shè)計，避免了光纖同平面光波回路（PLC）器件耦合的不穩(wěn)定性。設(shè)計采用多芯光纖結(jié)構(gòu)，中心直徑上緊密排列四根光纖，為輸入通道，邊緣沿對角方向放四根各不相同的光纖，模式復(fù)用利用的就是不同光纖間的模式匹配特性，即當(dāng)光纖導(dǎo)模與兩不同光纖間的耦合模匹配時，一個光纖中的本征模耦合進入另一根光纖；盡管光纖中不同模式具有獨立正交性，但利用一些光學(xué)原理還是可以讓模式間相互轉(zhuǎn)換的。如果能實現(xiàn)模式間的相互轉(zhuǎn)換，就可以有效對信號功率進行管理，并可容易實現(xiàn)色散補償?shù)裙δ�。德國研究者利用納秒脈沖激光器在少模光纖中，利用兩個導(dǎo)模的拍頻產(chǎn)生的克爾效應(yīng)，寫入了長周期光纖光柵，該光柵能讓反向傳輸?shù)墓庥蒐P01模轉(zhuǎn)換為LP11模；此外，丹麥研究者在兩多模光纖間連接61端口的耦合器，耦合器由標(biāo)準(zhǔn)單模光纖制成，這樣的結(jié)構(gòu)能將將多模輸入光轉(zhuǎn)換為單模，且損耗僅為0.76dB。特別有益的結(jié)果是，其設(shè)計的結(jié)構(gòu)可以將1200nm-1750nm的寬帶光耦合進入器件，并保證輸出光譜是平的，因此該結(jié)構(gòu)也可以將寬帶光均勻耦合進入短距離工作的單模光纖。
    WDM要走向大規(guī)模商用，降低成本是關(guān)鍵，而這當(dāng)中降低光源成本和數(shù)量又是關(guān)鍵。因此“無色”光源，或中央化光源受到廣泛關(guān)注。也就是說ONU不再用激光器，而將上行波長用的激光器放在OLT。西班牙的研究者建議用偏振復(fù)用來實現(xiàn)中央化光源策略。即在發(fā)射端，先將下行波長調(diào)制信號后，上行波長為連續(xù)非調(diào)制光，兩者經(jīng)偏振復(fù)用后一起被發(fā)送，在ONU，先經(jīng)偏振解復(fù)用，信號光被解調(diào)，而空白光用于上行信號再調(diào)制后被發(fā)射回OLT，經(jīng)環(huán)路器后在OLT被解調(diào)。
    此外，愛爾蘭的研究者用兩個有不同延時的邁克爾遜干涉儀，結(jié)合法拉第旋光器，制作了用于光信噪比測量的子系統(tǒng)，能測定5-30dB范圍的信噪比，精度好于0.5dB；瑞典研究者就相干光接收下，由于激光器相位噪聲引起的誤碼率水平提供了解析評價算法；東京大學(xué)的研究者以一個200km，20Gbit/s的QPSK格式單模光纖傳輸系統(tǒng)為測試平臺，證明在接收端結(jié)合使用基于最大似然估計算法的數(shù)值信號處理技術(shù)，和有限脈沖響應(yīng)濾波器，基本能夠完全消除傳輸過程的線性和非線性信號損傷。
《Journal of Lightwave Technology》Vol.28, No.5-6:
    香港城市大學(xué)的研究者設(shè)計了用于光纖網(wǎng)和無線網(wǎng)混合使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（FiWi），并提出了適用于網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)帶寬分配協(xié)議。光通信的最大優(yōu)勢是帶寬大，微波通信的最大優(yōu)勢是靈活，F(xiàn)iWi的目的就是要整合兩者優(yōu)勢。其建議的網(wǎng)絡(luò)方案特色是使用了信息的WDM與時分復(fù)用（TDM）混合復(fù)用模式，能實現(xiàn)ONU間的信息互聯(lián)，即在ONU間形成網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無線通信用戶要傳遞的信息先加載在最近的ONU上，通過光網(wǎng)絡(luò)傳輸，到達(dá)離目標(biāo)最近的ONU上，再傳到目標(biāo)無線客戶。在硬件上，作者專門設(shè)計了一個陣列波導(dǎo)光柵（AWG）來實現(xiàn)各ONU間的互聯(lián)。由于無線服務(wù)帶寬有限，因此在系統(tǒng)中幾個無線目標(biāo)共用一個波長，為此作者提出了動態(tài)的帶寬分配方案，并在文中詳細(xì)描述了其算法。
    這兩期中，有許多文章是關(guān)于光分組交換（OPS）技術(shù)的，OPS能在不需要光電轉(zhuǎn)換下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的交換，因此交換節(jié)點對數(shù)據(jù)格式是完全透明的，網(wǎng)絡(luò)可伸縮性更強。以下面兩篇意大利研究者的論文為例：第一篇使用商用半導(dǎo)體光放大器（SOA）構(gòu)成波長轉(zhuǎn)換器。在使用波長轉(zhuǎn)換的光網(wǎng)絡(luò)里，分別比較了在同步和異步兩種工作模式下，OPS網(wǎng)絡(luò)的功耗大小。作者證明同步OPS比異步OPS功耗可能高40%左右，但作者也指出，兩種模式的光交換都比現(xiàn)商用的路由器有低得多的功耗；第二篇則對一個2×2，每端口最高160Gb/s的OPS平臺做了實驗測試，其工作系統(tǒng)也使用了SOA做標(biāo)簽提取和沖突檢測。作者提到，盡管使用電子元件也能實現(xiàn)類似的交換和沖突控制，但現(xiàn)在的全光處理能有效降低等待時間，提高系統(tǒng)性能，且使用的SOA能夠與其他半導(dǎo)體元件混合集成，以縮小系統(tǒng)空間，并減小功耗。當(dāng)數(shù)據(jù)平均速率50Gb/s時，作者的測試平臺顯示了無誤碼的交換，該研究目前是有沖突檢測下，OPS實測系統(tǒng)中最高速度的結(jié)果了。
西班牙研究者專門為強度調(diào)制，且采用直接檢測的光傳輸系統(tǒng)設(shè)計了全光OFDM方案，其特色在于使用了快速Hartley變換算法，來實現(xiàn)信號的調(diào)制和解調(diào)。作者提到，利用離散Hartley變換（DHT）的特性，可以降低傳統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)的復(fù)雜度，此外作者將非均衡限幅（AC）技術(shù)應(yīng)用于其建議的DHT-OFDM系統(tǒng)中，可以在不需要直流偏置下實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)射，提高了系統(tǒng)功率效率，且消除了限幅噪聲，對輸入信號來說，也不再有厄米對稱的要求。因此，借助于傅里葉處理，作者建議系統(tǒng)相比常規(guī)可將輸入字符加倍。
《Photonics Technology Letters》Vol.22, No.5-6:
    亞利桑那大學(xué)的研究者實現(xiàn)了單波長通道240Gb/s的超高速調(diào)制，其實現(xiàn)方式是混合使用了包括強度、相位、偏振和副載波在內(nèi)的各種調(diào)制方式。其基本單元采用強度/相位/偏振的混合調(diào)制（HAPP）模塊，在利用幾個彼此正交的副載波復(fù)用在一起，作者顯示的三個實例，使用8- HAPP，16- HAPP、20- HAPP的形式，分別獲得了單通道調(diào)制速率為120、200和240Gb/s的信號。此外，作者的調(diào)制系統(tǒng)一個很重要的特色是使用了結(jié)構(gòu)化的低密度校驗碼，該碼具有很強的糾錯功能，能獲得較高編碼增益和頻譜效率，使得240Gb/s的高速單波長調(diào)制信號仍能維持10-6左右的誤碼率。
    臺灣交通大學(xué)的研究者設(shè)計了一個10Gb/s的全對稱、高分束比（64路）的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）。其特色是上行發(fā)射機使用了波長1550nm，單片集成的陣列化垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列光源，且這些VCSEL采用直接調(diào)制方式，不需制冷。上行信號使用4路10Gb/s調(diào)制速率的NRZ信號經(jīng)WDM系統(tǒng)復(fù)用。對上行信號的接收，是采用四個10Gb/s的探測器分別解調(diào)的，他們通過媒體訪問控制（MAC）單元統(tǒng)一調(diào)控。
    其他研究還有：意大利研究者對一個全部容量222Gb/s的WDM系統(tǒng)做了研究，系統(tǒng)采用16-QAM調(diào)制格式。作者證明，在不使用線內(nèi)色散補償，而完全依賴電子色散補償?shù)那闆r下，使用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，最長可獲得的傳輸距離約500-800km；加拿大研究者制作了一個單片集成的脈沖重復(fù)率復(fù)用器，通過將Mach–Zehnder干涉儀六階級聯(lián)，可將10GHz的輸入脈沖，轉(zhuǎn)換為20GHz或40GHz的輸出脈沖；澳大利亞的研究者對相干光OFDM系統(tǒng)，在經(jīng)過波長解復(fù)用器之前，建議使用強度相關(guān)的相位調(diào)制技術(shù)，來消除交叉相位調(diào)制（XPM），這一非線性因素的影響。其方法是使用一個低帶寬的光敏二極管，來估計待進入接收器的波分復(fù)用光總功率，并根據(jù)相應(yīng)測量值來決定對全部通道做相位調(diào)制的強度。并且作者提到，建議方法如何能和自相位調(diào)制的預(yù)補償/后補償相結(jié)合使用，就能大幅改進OFDM系統(tǒng)的光學(xué)色散管理；丹麥研究者使用數(shù)字相干檢測，實現(xiàn)了2.5Gb/s，基于相位調(diào)制用于RoF的信號，這是目前RoF方面研究中，實驗獲得的最高調(diào)制速度之一。并且作者基于WDM，實驗顯示了3路，單通道2.5Gb/s信號的復(fù)用傳輸，其RoF系統(tǒng)工作距離為79km。作者建議系統(tǒng)的一個特色是在數(shù)字解調(diào)時使用了K-均值算法，該算法屬于聚類算法，算不上好的全局算法，但速度非�？欤�作者用這些技術(shù)實現(xiàn)了RoF系統(tǒng)，誤碼率維持在10-4水平；面向光纖傳輸?shù)拿}沖超寬帶技術(shù)，丹麥的研究者就電子和光子脈沖發(fā)生兩種方法實驗做了比較，總的來說，使用光子脈沖發(fā)生方式，似乎獲得了更好的綜合性能。
        作者：宋軍