超高速OTDM进展及Tbit/s级可行性分析
利用光纤网实现更高速率的信息传输已经成为一个全球性的技术研究热点。光纤通信向更高传输速率的发展主要依赖于光时分复用（OTDM)和波分复用(WDM)技术。WDM技术相对简单,目前已比较成熟。和WDM相比,OTDM还不成熟,很多器件尚处于实验室的研究阶段。
OTDM之所以引起人们的很大兴趣,主要原因有两个：一是它可以克服WDM的一些固有缺点,如：放大器级联产生的增益特性的不平坦,光纤非线性的限制等;二是OTDM技术被认为是一种长远的网络技术,将来的网络必然是采用全光交换和全光路由选择的全光网络,OTDM的一些特点使它作为未来的全光网络技术方案更具吸引力,上下话路方便,可适用于本地网和主干网。但OTDM必须采用归零码超短脉冲,占用带宽宽,色散和色散斜率影响尤为显著。
超高速OTDM传输是实现未来Tbit/s级光网的关键技术之一,而且就组网功能而言,OTDM比WDM具有更大优势。目前OTDM尽管尚未实现Tbit/s传输,但400 Gbit/s和640Gbit/s 高速OTDM已有报道。本文将全面阐述高速OTDM的关键技术及最新研究进展,并对Tbit/s OTDM的可行性做进一步分析。
OTDM干线通信系统主要由光源、传输、时钟提取／恢复和解复用四个部分组成。
1、时分复用光源。OTDM通信系统要采用归零码以便在时域上间插不同信号,因此要求低时间抖动,高重复率,变换限(TL)的高质量超短脉冲源或孤子源。主要光源有：增益开关半导体激光器(GS-DFB),它的动态“单频”特性好,脉冲重复频率0～10GHz可调,简单、紧凑、廉价、稳定性好,但有啁啾;掺杂光纤环形锁模激光器（ML-FRL）,输出10～2ps的变换限脉冲,重复频率2～40GHz;DFB激光器与电吸收器(EAM)联用可构成实用的OTDM光源,能产生10GHz、20ps的近变换限脉冲,但可得的最小脉冲宽度有限;锁模铒光纤激光器泵浦单模光纤产生的超连续(SC)光源,其平坦带宽可达200nm以上,最窄脉冲宽度0.3ps,时间抖动小于0.2ps,可完全满足未来Tbit/s WDM/OTDM通信系统的容量要求 。要想向超高速率OTDM传输容量发展,还必须对ps信号压缩、整形,采用亚ps信号进行时分复用。这也促进了其它相关技术的发展。
2、传输损耗、色散、非线性噪声和EDFA的ASE噪声一直是限制放大器间距和总传输距离的主要问题。OTDM通信技术使用单一波长,没有FWM效应影响。但信号占用谱宽宽,光纤色散影响较为显著。通常采用孤子传输、传输线采用色散位移光纤、预啁啾技术、色散管理或色散补偿技术、啁啾光纤光栅以及相位共轭频谱反转等技术。对于已铺设的G.652光纤,通常采用色散管理技术适应高速率OTDM通信系统,色散补偿和色散斜率补偿光纤也相继得到发展,如色散补偿光纤(DCF)、色散斜率补偿光纤(DSCF)和反色散光纤(RDF)等等。与DSCF相比较,RDF的偏振模色散(PMD)小（RDF<0.03ps/km;DSCF>0.1ps/km）,而且RDF的色散和色散斜率几乎恰好与SMF光纤相反。
3、全光复用及解复用技术。OTDM系统中多路信号的复用通常采用平面光波导线路(PLC)集成制作而成。全光解复用器实质上是一个二波光与门,其两个输入端子之一是数据信号脉冲,另一个是从信号脉冲流中提取的同步时钟脉冲,光与门的输出便是被解复用后的单信道数据信号。全光与门的基本原理是利用光纤交叉相位调制（XPM)效应或四波混频效应（FWM),半导体光学(XGM）或交叉相位调制
