08年02月PTL光通讯论文评析

作者：宋军博士
来源：光纤在线
光网络与系统：
    3/5/2008,先来看本期有关WDM-PON的研究。
    先是两篇和光源相关的系统实验研究。
    第一篇是韩国研究者使用限谱F-P LD做“无色”光源，以降低系统成本的研究。就“无色”光源这个概念，大家并不会陌生，以往的评析里不止一次提到过。因为WDM是利用不同波长来复用信息的，如果对特定波长就选用特定的分布反馈激光器，显然会产生高昂的系统运营成本。因此研究者提出“无色”光源的概念，在网络终端使用一个宽带光源，而通过限谱操作来产生特定的波长。目前已被应用在WDM的限谱技术上的宽带光源有三种，它们互有优劣，我比较其性能并总结于下表：

    可见，三种光源都不是理想的“无色”候选光源。因此许多研究都立足于对上述三种光源进行改进，保持优势补偿劣势，以适合WDM应用。目前较受关注的方案是自种子注入技术，例如在F-P LD光源基础上，外部注入ASE光以最终形成波长锁定效果。本期韩国的研究者也选用的是F-P LD做光源，但并没有使用种子注入光。首先，作者选用的F-P LD光源前端面反射率极低，仅有0.1%，这样在维持低模分噪声的同时，能让激光器形成较宽的辐射谱。然后靠连接环形AWG，依靠器件的自由光谱范围，形成多个辐射峰值，既改善了功率范围，也进一步抑制了模分噪声。此外，作者在WDM-PON的接收端使用了一块电子电路来调节判决门限，因此可以忽略激光器温漂对接收灵敏度的影响。而整个系统中，目标用户的波长选择是由AWG来决定的，这正符合了“无色”操作的初衷。
    第二篇德国研究者使用阵列化的垂直腔面发射激光器（VCSEL），并在10GHz大带宽WDM-PON里做了实测研究。和“无色”光源类似，阵列化光源也是专门面向WDM应用的一种高性价比光源。VCSEL由于具有大的发光截面，且激光发射面和激光腔垂直，因此极易与光纤阵列连接，且耦合损耗相对较低。特别最近几年，1.55μm波段的VCSEL技术已经相对成熟，因此长波段阵列化的VCSEL激光器也更加容易制作。作者分别阵列化了4、8和12个高速VCSEL激光器，对10Gb/s的系统做了测试，证明阵列化光源各通道的响应相当均匀。即便对于50GHz的密集波分复用，由于阵列光源良好的绝热特性，使得相邻通道信号也没有产生明显的带间串扰。因此作者认为阵列化的VCSEL能有效用于系统由粗波分复用向密集波分复用的扩容。最后作者也指出，该光源是否能稳定工作在80Gb/s的高速系统，还有待进一步的实验检验。
    此外本期韩国研究者立足对以TDM-PON单纤三向传输网络向WDM-PON升级而做了一些探索研究。单纤三向网络以1310nm和1490nm波长做上下行数据传输载波，而用1550nm波段波长来下行传输视频信号。作者提到由于IPTV和高清晰度视频业务的不断发展，原有的1550nm波段信号无法提供足够的带宽需求。因此这里作者对原有系统进行了扩容，融入WDM-PON子系统来支持视频业务。作者建议系统里最关键的元件是波长混频器（WC），实际上这里使用的WC功能上就是个粗波分复用器。原有的单纤三向结构正常工作，没有做任何改变。而额外加的视频信号则在调制后（也使用了波长锁定的F-P LD做光源），通过密集波分复用器AWG复用。在CO，通过一个四端口WC，将原三向系统TDM数据信号和视频信号，以及经过AWG后的复用视频信号合波到一个输出端口进入光纤主干线传输。在RN，通过三端口WC来粗解复用，分为数据信号和视频信号两路。TDM数据信号经分束器后传至相应ONT单元。而视频信号则使用AWG解复用，相应波长的信号再经过三端口WC在进入相应目标ONT前与相应数据信号合波，最终被目标用户接收。当使用AWG通道间隔100GHz时，系统可提供速率1.25Gb/s的额外视频服务。整个系统的优势是没有对原单纤三向系统做任何调整，因此易于对现有系统直接升级。
    再来看两篇有关光突发交换（OBS）网络的研究。
    英国研究者主要解决的是OBS网络里输入信号功率浮动的问题。因为OBS应对的是突发模式的信号响应，因此输入信号功率浮动范围较大，而在EDFA放大后信号功率浮动还会进一步加剧。因此这里作者通过对网络接收做改进来抑制功率浮动的影响。作者采用的方案是在接收机加入一块数字信号处理DSP芯片，自适应的对探测的判决门限做调节。此外作者证明DSP芯片除抑制了强度浮动影响外，也消除了直流漂移的影响。在对探测做了这样的改进后，作者证明可以有效降低网络光放大器使用的额外光反馈的数量。对一个25节点的OBS网络，作者证明其改进可以将跨距长度提升39%。
    Tokyo大学的研究者基于一个40Gb/s的三节点OBS网络进行实测研究，重点对偏转路由的效果做了讨论。对目前的全光网络，在有效数据存储方法缺失的情况下，要实现全光交换，波长转换和偏转路由就成为两个最重要的避免数据包冲突的技术手段。这里作者在每个节点都使用了可编程的门限阵列做标签头信息处理器，根据突发信号的优先度，可以控制在波长转换和偏转路由两种方法间做出选择。而作者采用的偏转路由方案也非常简单，就是在目标节点被占据的时候，改使用一个空的交换端口。作者采用的交换测试平台还有一个特点是使用了自主研发的5*5开关面阵，开关基于PLZT晶体制作，可以实现微秒量级的响应。同时其波长转换单元也是比特率无关的，实测在10Gb/s和40Gb/s下都能稳定工作。
    NTT的研究者本期报导了其最新的光发射器结构。其发射机主要包含超结构光栅分布Bragg反射（SSG-DBR）激光器和光学滤波器两个元件。通过对激光器相位控制区域的反偏压调节，能够快速改变调制折射率，进而实现频率可调输出，而调节过程中激光输出功率几乎没有变化。激光器可以获得的波长调节范围为27nm。此外通过反偏调节和光学滤波的结合使用，光发射机的最大传输距离也得到显著增加。对10Gb/s的NRZ信号，在传输了180km后，从作者测试的眼图看，眼开仍非常大，而在这180km的传输中，信号衰减仅2.2dB。当信号调制速率上升到20Gb/s后，可获得的最大传输距离仍可达到60km左右。
    本期还有两项研究和串扰相关。首先荷兰研究者指出对OCDMA系统，串扰是抑制正交码级联，影响传输性能的关键因素。为了抑制串扰，作者对谱强度编码的OCDMA系统，提出了一种集成的树形编解码器结构。做这样的改进后，通过对串扰的有效抑制，作者证明采用的非相干系统却可以获得和相干OCDMA相当的性能；此外，Maryland大学的研究者证明在模拟光纤传输系统中，色散能剧烈影响多通道信号的带间串扰。进而作者通过对色散分布图的优化，将系统串扰抑制到一个相当低的水平。

光有源器件：
   Illinois大学的研究者在半导体有源层内制作了周期性的纳米孔阵列，这相当于是对原量子阱结构产生了一些微扰，以形成一些带间禁带。靠这个原理作者制作了可控的量子化激光二极管；新加坡研究者在InP基DFB激光器内加了介质的氧化硅光栅，阻挡了注入电流浮动，方便了对有源量子阱区域光增益的调节。同时，有利于激光器稳定单模操作，且旁瓣抑制比也被控制在47dB以上；德国研究者对脊形波导激光器脊宽和槽宽的设计做了研究，当脊宽为5μm时，证明槽宽同样也为5μm能够获得最小的远场发散角；台湾成功大学的研究者基于金属有机物气相外延工艺制作了1.22μm波段的InGaAs激光器，阈值电流密度和透明电流密度分别为140和37.2A/cm2，特别是后一个指标是目前同类器件中最低的；Cornell大学的研究者基于InGaAsP/InP材料制作了1.55μm波段被动锁模的脉冲激光器。其输出功率相当客观，达到210mW，而在没有使用任何脉冲压缩下，其激光发射的脉冲的脉宽仅5.8ps，这也是同类器件中最好的水平。
    就调制器，本期有两篇来自新加坡南阳理工的论文。第一篇基于一个Sagnac光纤环结构，通过一个3dB耦合器分别由两臂输入顺时针和逆时针的光信号，两臂各有一个偏振控制器（PC），环中间连接一个电吸收调制器（EAM）。对这样的结构，作者证明可以通过对两PC进行调节，从而实现不同调制格式的信号输出；另一篇作者级联使用了一个直接调制的激光二极管（LD）和一个EAM，这里LD相当于一个相位调制器，而EAM则用于强度调制，作者通过两者的结合使用，实现对信号的单边带调制发射。