06年12月PTL光通讯论文评析

一、光网络与系统：
1.光交换：
    对于全光的分组交换，由于缺乏灵活有效的光缓冲技术，使得如何有效将入射数据包发送到指定的接收端成为难点。对这个问题，自选路径的路由方法成为最有效的解决方案。已有的自选分组交换算法也有很多，最简单的例如基于比特的自选分组交换（BLPS），这里信号的光标签是有两个字节的信号组成。先由高位标签信息分配地址，决定信号目标输出位置。当发生阻塞时，由第二个字节的标签作为控制信号，先将有效信息随机派送到一个输出单元，同时将信号送人仲裁矩阵，仲裁单元按照实际情况决定派送信号给目标端口，如发射认可信号，则有效载荷维持原交换路径不变，否则将修改信号输出路径。这样的交换方案需要一大堆的功分器，因此可靠性有点问题。本期西班牙的研究者对该系统做了改进。作者使用了两个SOA-MZ结构。两个MZ干涉仪均有一个输入端口被连在一起，即组成了一个反馈回路。而在输出端有反向控制信号脉冲，调制于CW光源上被接入。当控制脉冲为零电平的时候，有效信息信号将无阻碍的通过回路，被耦合到相应输出端。当发生阻塞的时候，反馈回路会使得控制信号发射高电平，来改变信号路由路径。而控制脉冲的CW载波，与有效待交换信息使用了不同的波长，因此只需在末端使用滤波器就可以提取出有效信息。与前面提到的BLPS相比。现在的光标签只含有一个地址位信息，而不再需要那个控制字节，因此省去了控制信号发生器的使用。而阻塞控制是由额外的控制脉冲来完成的。且系统由于使用反馈环结构，实际上也就是提供了一定的缓存功能。作者将其建议结构用在了40Gb/s的全光系统作测试，最终功耗大约2dB。而交换时开关状态的对比度好于9dB。
    混合了电路交换和分组交换的光网络架构特别适合当前日益广泛应用的多媒体传输业务。电路交换通常是在发射端和接收端之间建立起一条临时的“电路”，且在一次使用中，该通路在一次连接中始终被目标用户所占有，直到通信结束，收到目标用户的结束信号，该通路才被拆断。显然这样的交换模式具有稳定，无损耗等显著优势。但是其通道利用率显然很低，因为无论当时线路是否通讯，只要目标用户不挂机，该通路就不能被他人使用。所谓电路交换与分组交换的混合交换模式，就是在允许一定的分组损失概率下，提高对通道的利用率。最普遍的方法是使用统计复用（SM）的模式。即动态的分配线路时隙，当传输数据包时，在空闲的时隙加入其它服务。简单的也可以理解为变同步传输为动态异步传输的模式。本期挪威的研究者实验展示了其组建的混合交换网。网络结构主要分为接入端、核心中转端和输出端三大块。共使用两个波长。第一个波长由输入端进入，输出端下载，而第二波长则有核心中转端接入，输出端下载。对同一个波长，在输入端只有保证业务信息（GST），而在每块的核心节点处将SM数据包加入空闲时隙。而GST和SM两种数据包采用偏振复用的方式传输，即具有相互正交的偏振态。这里作者采用偏振复用的目的并不是为了提高波长带宽利用率，而是为了方便两种服务类别的分离，即不需要快速的交换就能分离两种服务。作者通过实验测试，证明不论SM数据包加载率有多大，都不会对GST数据包带来交换损耗，甚至不会带来抖动。这样显然最佳化的利用了电路交换和分组交换两种方式的优势，既实现了稳定安全的传输，也提高了频带利用率。在保证通道利用率达到98%的情况下，作者证明对SM数据包的损失概率会低于10-6。
    此外，光交换相关的文章还有：（1）意大利的研究者利用高非线性光纤里的交叉相位调制导致的偏振旋光效应，可以完成160GHz的高速率2×2全光交换架构；（2）希腊的研究者对40Gb/s的全光交换研制了具有全光连接探测和时域争议裁决功能的模块；（3）California大学的研究者实验显示了具有101Hop的光标签交换网的级联系统。且在每个hop里面，都具有标签交换、时钟恢复和3R功能。对交换模块，采用了全光的标签/载荷分离方式，并采用副载波完成标签重写功能。该工作的意义就是说明了采用3R和标签交换技术后，能够在实现多hop的级联的同时，保证信号高质量的传输。
2.OCDMA：
    首先，California大学的研究者基于InP，单片集成制作了面向OCDMA的谱对相位编解码系统。在单一InP芯片上，作者利用气相外延和各向异性的反应离子刻蚀工艺制作了两个AWG和具有8个通道的相位漂移调制阵列。两个AWG的功能当然是在谱域分别完成解复用和复用操作。而相位漂移阵列位于两个AWG之间，对第一个AWG解复用后的谱，利用延时线结构和电光效应来进行相位调节。作者对这样的编解码器做了深入细致的实验研究。实验结果来看，对这样的系统，要保证10-9的误码率，对单一用户，和两个用户同时使用，这两种情况而言，编解码功耗分别为7.4和10.2dB。从数据上看，这只能算是一个差强人意的结果。但作者该项研究还是具有显著意义的，至少他为单片集成的OCDMA光收发器设计制作提供了一种可行性参考。此外，California大学的另外一个研究组，对亚ps发射的锁模激光器不理想的谱形做了修正调节，进而改进了OCDMA多用户复用时码片间的正交度。并对非均匀的谱对相位编码方式做了探索性研究。由于这还是一个理论工作，所以这里就不做详细介绍了。
3.3R模块：
    通常的3R模块主要基于SOA中的交叉相位调制现象制作，本期国立新加坡大学的研究者使用高非线性光纤（HNLF），利用光参量放大（OPA）的原理，使用泵浦光对信号光放大，并利用信号光与泵浦光在非线性光纤里的四波混频效应完成脉冲整形和同步。首先让质量恶化的信号通过时钟恢复模块，并用它来调制泵浦光成为清晰的CSRZ序列，然后让两者一同进入HNLF。利用四波混频，高功率的泵浦光光子会转变为信号光光子，借此对信号光放大。而在时域上，泵浦光与接近连续的信号光作用时，由于非线性的影响会让信号光脉冲变窄。且这个过程里由于泵浦光的校准作用，也使得信号光得到整形。之后再通过简单滤波就可以恢复出信号光。利用OPA的3R模块相比通常系统，具有的一个显著优势是维持了波长的高度稳定性，不会发生波长漂移。此外，本期日本的研究者使用两阶级联的SOA做波长转化实现了从1.3到1.55μm大带宽内的组播操作，同时利用SOA完成了一定的3R功能。
二、无源器件：
1.微透镜：
    在光互联网中，在不同结构光器件的交叉连接过程里，微透镜及其阵列是一种非常重要的元器件，适当的微透镜能够改善耦合效率，光场分布等。本期关于微透镜制作的研究主要有：（1）台湾逢甲大学的研究者在一个硅片上利用微细加工制作了一个空气腔（下大上小的瓶子形）。并将该硅片通过键合工艺与另一硅片键合在一起。之后在有孔洞的硅片表面涂上光刻胶，但显然这个光刻胶只能填满空气腔的瓶颈部分。最后通过适当的热处理，显然“瓶子”内的空气会膨胀，使得光刻胶向外隆起，形成一个微透镜，当然通过对温度与时间的控制可以改变透镜曲率；（2）美国NanoOpto Corporation的研究者通过原子尺度的材料沉积，可以精确制作出纳米尺度的微透镜及阵列；（3）台湾交通大学的研究者在玻璃基底上通过旋涂工艺制作聚合物波导，利用一种“疏水效应”来形成微透镜，这种自组织形成的微透镜结构可以通过旋涂参数的调节精确控制其焦距。
2.集成器件：
    本期我有一篇文章发表，主要内容是对一种集成的光栅波分复用器，解决一个貌似难以解决的矛盾。对一个闪耀光栅器件，当选用较大衍射级的时候，可以保证光栅具有较大的齿面，对集成光学，这是降低刻蚀难度，抵御刻蚀缺陷影响，并降低损耗，以及偏振相关损耗的有效手段。可是随着衍射级的增大，光栅的自由光谱范围必然减小，因此可利用的波长数必然减少。这里我的研究主要是通过对凹面光栅衍射级优化啁啾设计，使得与工作衍射级相邻的两个衍射包络能量被抑制到原来的30dB以下，这样对工作衍射级，频谱包络可以近似认为不再受到相邻衍射级的影响。也就是说自由光谱范围这个概念没有任何存在意义了。因此在可以有效降低器件制作难度、获得优良性能的同时，也可以不需要考虑可能引起的通道数降低等缺点。此外，德国的研究将传统基于脊形波导制作的AWG器件，输入端进行优化的渐变设计，可以让光场在进入自由扩散区前向下倾斜传输，使得能量包络远离空气层，这样作可以降低2dB左右的对光纤耦合损耗，同时具有大带宽，绝热性能好等优势。