簡介
波分復用器和解復用器幾乎是所有WDM系統(tǒng)和網絡的主要組成部分。從傳統(tǒng)意義上講，多路復用/解復用器（de/mux）都屬于靜態(tài)器件，隨著溫度的變化波長范圍會有少許改變。幾乎在第一個靜態(tài)復用/解復用器獲得商用的同時，人們就夢想出現一種能實現波長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域，包括應用在時間/波長二維光碼分多址（OCDMA）系統(tǒng)里的快速跳碼（code hopping）技術上，從而既提高了QoS性能又增強了安全性[1]。
先前可調復用器幾乎沒有什么新的進展，最近有利用一個1xN MEMS驅動的Gires-Tournois干涉儀（GTI）來制作快速調諧復用/解復用器的報道[2]，采用這種方法的GTI是利用一個可編程的微反射鏡陣列來取代傳統(tǒng)GTI結構里的背向反射平面（back reflection
plane），從功能上來說，這種GTI實際上扮演著類似可調陣列波導光柵（AWG）的角色[3]，輸出端口都是與相關波長呈周期性關系。例如，對于一個包含N個端口的多路解復用器來說，第一路波長從端口1輸出，第N路波長從端口N輸出，而第N+1路波長則又從端口1輸出。經過調諧后，第N-1路波長可以從端口N輸出，而第N路波長則可以由端口1輸出，第N+1路波長由端口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發(fā)表[2]，但系統(tǒng)級的研究還尚未被報道。
在本篇論文里，我們將演示一個基于GTI的1x3波長復用/解復用器的系統(tǒng)級性能以及快速轉換能力，當中采用的GTI帶有一個可調諧的中心波長。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/解復用器進行10Gb/s數據傳輸演示時發(fā)現其功率損耗低于0.5 dB。
另外，由于2D的OCDMA系統(tǒng)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[4]。因此，用這種可調多路器來實現編碼跳躍（Code hopping）便成為一種簡單易行的方式。由于偷聽者需要在監(jiān)聽編碼本身的同時還要發(fā)現跳碼的次序，這就增加偷聽的難度，因此系統(tǒng)安全性大大提高。同時由于可調編碼器/解碼器在出現其他用戶的MAI（Multiple Access Interference，多址接入干擾）降低接收信號質量的情況下可以允許一個用戶跳躍到一個新的編碼上，因此跳碼技術也被證明可以維護服務的品質（QoS）。而這款MEMS GTI則可以被用來完成編碼跳躍，同時相比其他潛在競爭技術（如溫度調諧FBG或延遲線開關）性能也作了重大改進（如速度和簡單性）。下面我們就介紹一下采用GTI的2D OCDMA系統(tǒng)的跳碼試驗情況。
將GTI作為一個高速開關
每一個多路器的輸出端口都表現出一個周期性的濾波器光譜。通過改變加載于靜電MEMS驅動器上的電壓，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轉變?yōu)檩敵龈缮鎴D樣的周期性位移（cyclic shift）[2]。舉例而言，從端口3到端口1的被稱為第3rd個波長位移，從端口1到端口2的是第1個波長位移，依次類推（見圖1a）。圖2a則展示了轉換程序。一個承載2Gb/s數據的波長穿越多路器。通過在兩個不同的電壓之間進行轉換（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。我們還觀察到在轉換的過程中比特并未出現降級退化現象，不過峰對峰值（peak to peak）卻發(fā)生了改變。這些端口處于關閉位置時的串擾為5-8dB，標準插入損耗為11.5dB。之所以會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，我們可以通過使用一個階躍光束分路器（分光比可調）以及增加微反射鏡數量（目前一般為6個）的方法來大幅改進插損和串擾性能。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）通過改變MEMS結構，多路器便獲得周期性的輸出波長，轉換速率為10μs，而多路器的帶寬為30nm。FSR也可以從0.6nm 調節(jié)到1.2nm。（b）GTI的周期性位移也可以被用來進行正交OCDMA碼間的跳躍。
圖2b則展示了貫穿濾波器通帶的群時延波紋GDR，數據顯示其peak-to-peak波紋在整個濾波器帶寬范圍內都低于5 ps，并且具有一個比較均勻的平坦斜率——這說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，轉換時間為10μs。(b) 貫穿GTI濾波器通帶的群時延波紋GDR圖，
其peak-to-peak波紋在整個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信號穿過每一端口的BER測量。在穿越CTI過程中比特未出現失真現象。
圖2c顯示了10G調制1548nm信號穿過每一端口的BER測量情況。結果顯示功率損耗低于0.5dB。
在一個時間-波長二維OCDMA系統(tǒng)中的快速跳碼試驗
光碼分多址（OCDMA）技術因其能實現多個用戶之間安全，異步的數字通訊而受到人們越來越多的關注[5]。一種有助于傳統(tǒng)OCDMA系統(tǒng)消除對小型碼片時間（chip time）需求的方法就是采用二維OCDMA架構，在上述架構中，每個比特被分離成一些碼片時間和一組不連續(xù)波長的集合[6]。圖1b顯示了一個OCDMA比特是如何按時域和波長來編碼的。由于異步正交碼的波長周期位移通常是正交碼本身，因此GTI周期性的波長調諧特性結合MEMS驅動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(tǒng)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。每個數據比特被編寫進一個三波長（1543.2 nm, 1548 nm, 1552.8 nm）和8個碼片（每個碼片間隔為100ps）的組合。如果數據為“1”，那10Gb/s圖樣發(fā)生器就在一個比特周期內（800 ps）產生一個100ps的脈沖，如果數據為“0”則沒有脈沖。光纖布拉格光柵陣列（FBGA）則作為固定編碼器來延遲相關碼字的波長。編碼數據接著再穿過不同長度的光纖（~20 m）分配到各個用戶手中。
圖3：在一個時間-波長OCDMA系統(tǒng)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，每個碼片為10Gb/s。
圖4：通過調節(jié)GTI的電壓，使之達到30V，用戶1就可以被解碼了。將電壓調節(jié)到80V，第二個用戶將被解碼。圖a和B顯示了當只有一個用戶存在時候的編碼/解碼情況。圖c顯示了存在兩個用戶時的跳碼情況。
來自兩個用戶的編碼數據被集合在一起，再通過可調GTI解碼器。連接到GTI輸出端口的光纖長度都是不一樣的，從而對用戶波長進行重新排列并產生一個三級峰值脈沖。接收器的輸出 端是一個閥值探測器，可以復原1.25Gb/s數據。圖4a和b顯示了只需調節(jié)GTI的電壓就可以對用戶1和用戶2的數據進行解碼，而無須改變延遲線長度。圖4c顯示了兩個用戶同時存在的情況，當一個用戶被解碼時，剩余的用戶將會對先前用戶產生噪音。來自GTI的串擾也跟MAI類似。