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簡(jiǎn)介 波分復用器和解復用器幾乎是所有WDM系統和網(wǎng)絡(luò )的主要組成部分。從傳統意義上講，多路復用/解復用器（de/mux）都屬于靜態(tài)器件，隨著(zhù)溫度的變化波長(cháng)范圍會(huì )有少許改變。幾乎在第一個(gè)靜態(tài)復用/解復用器獲得商用的同時(shí)，人們就夢(mèng)想出現一種能實(shí)現波長(cháng)快速調諧版本的復用/解復用器�？焖倏烧{的復用/解復用器可以廣泛應用到各種領(lǐng)域，包括應用在時(shí)間/波長(cháng)二維光碼分多址（OCDMA）系統里的快速跳碼（code hopping）技術(shù)上，從而既提高了QoS性能又增強了安全性。 先前可調復用器幾乎沒(méi)有什么新的進(jìn)展，最近有利用一個(gè)1xN MEMS驅動(dòng)的Gires-Tournois干涉儀（GTI）來(lái)制作快速調諧復用/解復用器的報道，采用這種方法的GTI是利用一個(gè)可編程的微反射鏡陣列來(lái)取代傳統GTI結構里的背向反射平面（back reflection plane），從功能上來(lái)說(shuō)，這種GTI實(shí)際上扮演著(zhù)類(lèi)似可調陣列波導光柵（AWG）的角色，輸出端口都是與相關(guān)波長(cháng)呈周期性關(guān)系。例如，對于一個(gè)包含N個(gè)端口的多路解復用器來(lái)說(shuō)，第一路波長(cháng)從端口1輸出，第N路波長(cháng)從端口N輸出，而第N+1路波長(cháng)則又從端口1輸出。經(jīng)過(guò)調諧后，第N-1路波長(cháng)可以從端口N輸出，而第N路波長(cháng)則可以由端口1輸出，第N+1路波長(cháng)由端口2輸出。在我們的原型器件中，鄰近端口之間的串擾為8 dB，而MEMS反射鏡的調諧速度達到了10μs。盡管基本的器件測量論文已有公開(kāi)發(fā)表，但系統級的研究還尚未被報道。 在本篇論文里，我們將演示一個(gè)基于GTI的1x3波長(cháng)復用/解復用器的系統級性能以及快速轉換能力，當中采用的GTI帶有一個(gè)可調諧的中心波長(cháng)。對GTI的群延遲波紋（GDR）測量發(fā)現其GDR低于5ps。而在對這款復用/解復用器進(jìn)行10Gb/s數據傳輸演示時(shí)發(fā)現其功率損耗低于0.5 dB。 另外，由于2D的OCDMA系統里的異步光正交碼的周期性頻率位移現象，也導致了正交碼現象。因此，用這種可調多路器來(lái)實(shí)現編碼跳躍（Code hopping）便成為一種簡(jiǎn)單易行的方式。由于偷聽(tīng)者需要在監聽(tīng)編碼本身的同時(shí)還要發(fā)現跳碼的次序，這就增加偷聽(tīng)的難度，因此系統安全性大大提高。同時(shí)由于可調編碼器/解碼器在出現其他用戶(hù)的MAI（Multiple Access Interference，多址接入干擾）降低接收信號質(zhì)量的情況下可以允許一個(gè)用戶(hù)跳躍到一個(gè)新的編碼上，因此跳碼技術(shù)也被證明可以維護服務(wù)的品質(zhì)（QoS）。而這款MEMS GTI則可以被用來(lái)完成編碼跳躍，同時(shí)相比其他潛在競爭技術(shù)（如溫度調諧FBG或延遲線(xiàn)開(kāi)關(guān)）性能也作了重大改進(jìn)（如速度和簡(jiǎn)單性）。下面我們就介紹一下采用GTI的2D OCDMA系統的跳碼試驗情況。 將GTI作為一個(gè)高速開(kāi)關(guān) 每一個(gè)多路器的輸出端口都表現出一個(gè)周期性的濾波器光譜。通過(guò)改變加載于靜電MEMS驅動(dòng)器上的電壓，我們可以改變微發(fā)射鏡的垂直方位，因此我們引入了入射光束的相位移概念。這種相位移在光纖陣列的輸出端會(huì )轉變?yōu)檩敵龈缮鎴D樣的周期性位移（cyclic shift）。舉例而言，從端口3到端口1的被稱(chēng)為第3rd個(gè)波長(cháng)位移，從端口1到端口2的是第1個(gè)波長(cháng)位移，依次類(lèi)推（見(jiàn)圖1a）。圖2a則展示了轉換程序。一個(gè)承載2Gb/s數據的波長(cháng)穿越多路器。通過(guò)在兩個(gè)不同的電壓之間進(jìn)行轉換（速率為15 kHz），引入的數據輸出端口將從端口2轉換到端口1。圖中顯示了10μs的轉換速度。我們還觀(guān)察到在轉換的過(guò)程中比特并未出現降級退化現象，不過(guò)峰對峰值（peak to peak）卻發(fā)生了改變。這些端口處于關(guān)閉位置時(shí)的串擾為5-8dB，標準插入損耗為11.5dB。之所以會(huì )出現這么高的插損和串擾的主要原因是元件和自由空域耦合未對準的緣故。因此，我們可以通過(guò)使用一個(gè)階躍光束分路器（分光比可調）以及增加微反射鏡數量（目前一般為6個(gè)）的方法來(lái)大幅改進(jìn)插損和串擾性能。模擬的結果顯示[2]插損最低可降到3dB，串擾也能達到13dB。 圖1（a）通過(guò)改變MEMS結構，多路器便獲得周期性的輸出波長(cháng)，轉換速率為10μs，而多路器的帶寬為30nm。FSR也可以從0.6nm 調節到1.2nm。（b）GTI的周期性位移也可以被用來(lái)進(jìn)行正交OCDMA碼間的跳躍。 圖2b則展示了貫穿濾波器通帶的群時(shí)延波紋GDR，數據顯示其peak-to-peak波紋在整個(gè)濾波器帶寬范圍內都低于5 ps，并且具有一個(gè)比較均勻的平坦斜率——這說(shuō)明濾波器有效減少了色度色散現象。GDR采用的是調制相法測量的，fmod = 1 GHz ，lstep= 0.01nm。 圖2（a）在端口2和3之間轉換的l2，轉換時(shí)間為10μs。(b) 貫穿GTI濾波器通帶的群時(shí)延波紋GDR圖，其peak-to-peak波紋在整個(gè)濾波器帶寬范圍內都低于5 ps，GDR采用的是調制相法測量的，fmod = 1 GHz ，lstep= 0.01nm。（c）10G調制1548nm信號穿過(guò)每一端口的BER測量。在穿越CTI過(guò)程中比特未出現失真現象。 圖2c顯示了10G調制1548nm信號穿過(guò)每一端口的BER測量情況。結果顯示功率損耗低于0.5dB。 在一個(gè)時(shí)間-波長(cháng)二維OCDMA系統中的快速跳碼試驗 光碼分多址（OCDMA）技術(shù)因其能實(shí)現多個(gè)用戶(hù)之間安全，異步的數字通訊而受到人們越來(lái)越多的關(guān)注。一種有助于傳統OCDMA系統消除對小型碼片時(shí)間（chip time）需求的方法就是采用二維OCDMA架構，在上述架構中，每個(gè)比特被分離成一些碼片時(shí)間和一組不連續波長(cháng)的集合。圖1b顯示了一個(gè)OCDMA比特是如何按時(shí)域和波長(cháng)來(lái)編碼的。由于異步正交碼的波長(cháng)周期位移通常是正交碼本身，因此GTI周期性的波長(cháng)調諧特性結合MEMS驅動(dòng)器的快速調制速度將使這些基于MEMS的可調GTI成為跳碼OCDMA系統的不錯選擇。 試驗裝備 圖3顯示了跳碼演示中的試驗配置圖。每個(gè)數據比特被編寫(xiě)進(jìn)一個(gè)三波長(cháng)（1543.2 nm, 1548 nm, 1552.8 nm）和8個(gè)碼片（每個(gè)碼片間隔為100ps）的組合。如果數據為“1”，那10Gb/s圖樣發(fā)生器就在一個(gè)比特周期內（800 ps）產(chǎn)生一個(gè)100ps的脈沖，如果數據為“0”則沒(méi)有脈沖。光纖布拉格光柵陣列（FBGA）則作為固定編碼器來(lái)延遲相關(guān)碼字的波長(cháng)。編碼數據接著(zhù)再穿過(guò)不同長(cháng)度的光纖（~20 m）分配到各個(gè)用戶(hù)手中。 圖3：在一個(gè)時(shí)間-波長(cháng)OCDMA系統中采用GTI作為可調解碼器的試驗配置圖。傳輸速率為1.25Gb/s，每個(gè)碼片為10Gb/s。 圖4：通過(guò)調節GTI的電壓，使之達到30V，用戶(hù)1就可以被解碼了。將電壓調節到80V，第二個(gè)用戶(hù)將被解碼。圖a和B顯示了當只有一個(gè)用戶(hù)存在時(shí)候的編碼/解碼情況。圖c顯示了存在兩個(gè)用戶(hù)時(shí)的跳碼情況。 來(lái)自?xún)蓚�(gè)用戶(hù)的編碼數據被集合在一起，再通過(guò)可調GTI解碼器。連接到GTI輸出端口的光纖長(cháng)度都是不一樣的，從而對用戶(hù)波長(cháng)進(jìn)行重新排列并產(chǎn)生一個(gè)三級峰值脈沖。接收器的輸出端是一個(gè)閥值探測器，可以復原1.25Gb/s數據。圖4a和b顯示了只需調節GTI的電壓就可以對用戶(hù)1和用戶(hù)2的數據進(jìn)行解碼，而無(wú)須改變延遲線(xiàn)長(cháng)度。圖4c顯示了兩個(gè)用戶(hù)同時(shí)存在的情況，當一個(gè)用戶(hù)被解碼時(shí)，剩余的用戶(hù)將會(huì )對先前用戶(hù)產(chǎn)生噪音。來(lái)自GTI的串擾也跟MAI類(lèi)似。 |
