超高速OTDM進(jìn)展及Tbit/s級可行性分析

3、全光復用及解復用技術(shù)。OTDM系統中多路信號的復用通常采用平面光波導線(xiàn)路(PLC)集成制作而成。全光解復用器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)二波光與門(mén)，其兩個(gè)輸入端子之一是數據信號脈沖，另一個(gè)是從信號脈沖流中提取的同步時(shí)鐘脈沖，光與門(mén)的輸出便是被解復用后的單信道數據信號。全光與門(mén)的基本原理是利用光纖交叉相位調制（XPM)效應或四波混頻效應（FWM)，半導體光學(xué)(XGM）或交叉相位調制(XPM)非線(xiàn)性效應。一種帶有飽和吸收段的二段式鎖模LD和含有SOA的集成MZ型全光開(kāi)關(guān)已出現。利用NOLM的交叉相位調制效應可以實(shí)現高速全光解復用，這需要對NOLM環(huán)內的色散分布優(yōu)化設計，實(shí)現色散平坦的NOLM解復用器。

4、全光時(shí)鐘恢復。全光方法的重大意義在于它可以繞過(guò)電子瓶頸的速率限制，使之能適應超大容量通信發(fā)展的要求。全光時(shí)鐘恢復指的是用全光學(xué)方法從歸零碼光脈沖信號中提取出低時(shí)間抖動(dòng)(一般<1ps)的同步時(shí)鐘信號，以便把它分配到OTDM通信系統的解復用器，路由選擇器，信道選擇器和接收器等，超遠距干線(xiàn)傳輸系統的光信號再生也要用到它。因此時(shí)鐘恢復對未來(lái)超高碼率網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)至關(guān)重要。全光時(shí)鐘提取器的機理一般基于二光波互作用引起的非線(xiàn)性相移。已成功用于實(shí)驗的光學(xué)非線(xiàn)性相位感測元件有兩種，一是單模偏振保持光纖(PMF)，非保偏色散平坦光纖也可用，但效果較差；其二是行波半導體光學(xué)放大器(SOA)。值得注意的是日本NEC研究開(kāi)發(fā)的一種帶有飽和吸收體的二段式鎖模激光二極管(MLLD)等,可用做全光時(shí)鐘恢復和解復用，簡(jiǎn)單而有效，只是因工藝難度高，還未達到產(chǎn)品化規模生產(chǎn)水平，但前景光明。

目前，已被實(shí)驗證實(shí)的時(shí)鐘提取方案主要有四種，其一是由高速光探測器、高Q濾波器和高增益放大器來(lái)驅動(dòng)LN調制器的裝置，或者是利用自脈動(dòng)半導體激光器的注入鎖定等技術(shù)，都屬于電鐘提取，不能用于更高的速率，一般在20Gb/s以?xún)?。其二是電光鎖相環(huán)（PLL)技術(shù)，這種方案較為成熟，用SOA作檢相元件的時(shí)鐘提取器已有許多實(shí)驗驗證，已完成從50Gb/s～500Gb/s信號中成功提取6.3GHz或10GHz時(shí)鐘信號的實(shí)驗，輸出鐘脈沖的rms時(shí)間抖動(dòng)<0.35ps，加另一級光纖鎖模激光器可把時(shí)抖減小到0.14ps。此方案的優(yōu)點(diǎn)是成熟可靠，缺點(diǎn)是昂貴復雜。第三種方案是全光鐘提取，比特信號脈沖注入SOA，通過(guò)XGM效應而形成AM鎖模調制器特性，借此調制激光器腔損耗，或通過(guò)XPM致相移形成FM鎖模調制特性，從而鎖定一個(gè)摻Er光纖環(huán)行激光器的縱模相位，借以實(shí)現低時(shí)間抖動(dòng)的時(shí)鐘恢復（該鎖模激光器的輸出）。用SOA作鎖模元件的形式也可以采用NOLM結構，或接入摻Er光纖環(huán)形激光器中。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單經(jīng)濟，失諧容限小，因而要求同步調節精細。另一種是上述利用MLLD器件構成時(shí)鐘提取器。采用這兩種方案都可以實(shí)現同頻全光時(shí)鐘恢復和支路信號的亞諧波全光時(shí)鐘提取。

近幾年來(lái)，世界各國對超高速OTDM的研究不斷深入，具有代表性的實(shí)驗有：

1996年日本NTT進(jìn)行的時(shí)分復用傳輸實(shí)驗有：100Gb/s×560km TDM系統，和400Gb/s×40km TDM系統。

另外，Kobayashi等人利用低溫生長(cháng)的InGaAs/InAlAs多量子阱MLLD實(shí)現了驚人的1Tbit/s解復用。

1998年，日本NTT研究所又實(shí)現了640Gb/s×63km和320Gb/s×120km的傳輸實(shí)驗。隨后在1999年第25屆ECOC會(huì )議上，日本NTT又實(shí)現了640Gbit/s×100km的OTDM傳輸實(shí)驗。

值得注意的是40Gbit/s時(shí)分復用系統的研究，40Gbit/s是未來(lái)為DWDM傳送網(wǎng)向Tbit/s容量發(fā)展的重要選擇方案。在1999年ECOC會(huì )議上，阿爾卡特利用ACTS的AC067-HIGHWAY和AC049-SPEED項目，對鋪設在Stuttga=rt的111km的G. 652光纖進(jìn)行了40Gbit/s的TDM傳輸嘗試。他們僅在傳輸中點(diǎn)使用了一個(gè)放大器，在傳輸終點(diǎn)采用色散補償光纖對整個(gè)傳輸線(xiàn)進(jìn)行色散補償，成功地完成了場(chǎng)地實(shí)驗。

其中400Gbit/s傳輸實(shí)驗用SC作為高速光源，用PLC技術(shù)作為時(shí)分復用器，利用PLL作為時(shí)鐘提取方法，光纖的FWM全光解復用。

在我國，“九五”期間國家“863”計劃通信主題將時(shí)分復用技術(shù)列為重點(diǎn)課題，由北京郵電大學(xué)、清華大學(xué)、北方交通大學(xué)和天津大學(xué)共同開(kāi)發(fā)，目前第一階段工作即8×2.5Gbit/s、100kmOTDM實(shí)驗系統已完成，天津大學(xué)與信息產(chǎn)業(yè)部、武漢郵電科學(xué)研究院合作正在進(jìn)行4×10Gbit/s OTDM點(diǎn)對點(diǎn)系統和OTDM網(wǎng)絡(luò )關(guān)鍵技術(shù)如分插復用器、OTDM/WDM網(wǎng)絡(luò )接口及全光再生等方面的研究。

近年來(lái)，隨著(zhù)多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，以Internet為代表的計算機間的業(yè)務(wù)量的迅速增加，網(wǎng)絡(luò )需要更大的容量。如果要想采用OTDM技術(shù)來(lái)實(shí)現1Tb/s的超高速傳輸，還有一些技術(shù)問(wèn)題需要解決，如：亞ps、fs超短脈沖產(chǎn)生技術(shù)，傳輸光纖的色散斜率補償技術(shù)，如何減小解復用器的相對定時(shí)抖動(dòng)問(wèn)題，及降低光纖的偏振模色散。

1、亞ps、fs超短脈沖產(chǎn)生技術(shù)。超短脈沖技術(shù)并不僅局限在用于高速傳輸系統，而且用于光器件測量、高速光信號處理等廣闊領(lǐng)域。從目前 看，亞皮秒脈沖產(chǎn)生方法主要有：利用光纖的非線(xiàn)性壓縮法，利用光纖非線(xiàn)性效應結合鎖模光纖激光器(ML-FRL)產(chǎn)生超連續(SC)脈沖法，以及半導體激光器的碰撞鎖模方法?，F在脈寬在100fs以下的脈沖已經(jīng)能成功產(chǎn)生，可用做Tbit/s OTDM的信號源

2、為實(shí)現飛秒脈沖傳輸，必須同時(shí)對二階群速度色散(GVD)和三階群速度色散(色散斜率)進(jìn)行補償。色散導致脈沖展寬，而色散斜率使脈沖基座發(fā)生振蕩。

傳輸光纖的色散斜率補償技術(shù)。由于Tbit/s信號譜寬超過(guò)10nm，光纖色散斜率的不同，譜的各部分經(jīng)歷不同的色散，從而導致脈沖展寬。為了補償色散斜率，常采用負色散斜率光纖進(jìn)行補償和PLC補償器。K.Takiguchi等報道的采用PLC補償技術(shù)，對DSF進(jìn)行色散斜率補償后，在170GHz的帶寬內時(shí)延平坦。這種方法已成功應用于200Gbit/s×100km的實(shí)驗。從已有實(shí)驗可以看出，這種PLC補償器可望用于Tbit/s OTDM傳輸的色散斜率補償。另外，通過(guò)SMF和RDF結合，在1.55mm附近，GVD和色散斜率幾乎可抑制到零。對未得到補償的殘余色散斜率，可用DSF補償。

3、信號與提取--時(shí)鐘的相對定時(shí)抖動(dòng)是另一難題，它使系統誤碼率提高。其根源在于相對定時(shí)抖動(dòng)本身將在光接收機端的時(shí)分解復用中產(chǎn)生誤碼。從進(jìn)行的高速Tbit/s OTDM實(shí)驗看，用PLL方法提取的時(shí)鐘相對定時(shí)抖動(dòng)<0.2ps，在830Gbit/s，誤碼率為10-9。因此若進(jìn)一步優(yōu)化PLL性能，降低相對定時(shí)抖動(dòng)，實(shí)現Tbit/s解復用是完全可能的。

4、至于PMD，當傳輸距離超過(guò)100km時(shí)，PMD的影響將十分明顯，如想法降低PMD，采用低PMD色散管理傳輸線(xiàn)，可以實(shí)現Tbit/s×100km傳輸。

總之一句話(huà)，Tbit/s OTDM關(guān)鍵技術(shù)是：飛秒脈沖的產(chǎn)生、復用、傳輸和解復用。結合其他諸多技術(shù)，如超快光信號處理，色散斜率補償，光纖制造技術(shù)，實(shí)現Tbit/s OTDM是完全可能的。

與WDM不同，OTDM還只是處于研究階段，在其商用之前還有一段路要走，但是由于它的潛在優(yōu)勢，它將具有極其巨大的發(fā)展及應用前景?！?/font>