全波段通信實驗室

研究方向

全光基本邏輯單元信息網路中的深層次矛盾是電子器件的處理速度跟不上光承載信息的速率，因此會成為網路容量和吞吐率的瓶頸。光通信系統和網路構成了信息系統和信息社會的骨架。在目前的結構中，光波僅僅被用作傳輸載波，為了實現對信息的再生、處理、計算及存儲，光信號必須被轉換為電信號（光電轉換），在電子系統中實現上述功能後，信息被轉換為光信號（電光轉換）後，再以光的形式傳輸。隨著信息傳輸率的提高，這一光-電-光轉換過程不僅需要複雜昂貴的設備，並且增加了信息網路延滲束習遲，限制了光纖頻寬的使用效率和網路總容量。因此為了進一步發剃鑽茅展未來的信息系統，信息的傳輸、處理、計算機存儲的全光學化是信息技術研究的一個重要前沿。實現這一遠景的關鍵是在光學領域提供可靠、可集成、可規模化的數據處理、計算和實時存取功能。目前全光信息處理還沒有取得突破性進展，根本原因是在光學上還缺乏一種類似於電子系統中的電晶體元件，即具有通用性的光學邏輯單元器件。研究微米量級雙穩態器件可實現可靠的微型通用光子邏輯單元。在此通用單元器件基礎上，戀享承櫻通過大規模集成，就能建立未來的全光信息晶片和系統，其潛在經濟及戰略意義不可限量。

基於新型調製方式的光傳輸系統

光纖傳輸網路是整個信息網路的支撐基礎，來自美國AT&T Labs和法國Alcatel公司的數據統計顯示，數據業務的年增長率為100% 。網路業務量的增長，使得城域網和骨幹網的容量需求也隨之增加，骨幹網的容量要求達到Tbit/s 。信息產業高速發展的大背景給當前的光傳送網提出了三大挑戰：傳輸距離，頻寬效率和光層的處理功能(包括光交叉連線和分插復用等)。

傳統的光通信技術採用強度調製技術(ON-OFF keying即OOK)，光強的變化會導致光纖傳輸中的非線性效應。隨著信號速率的增加，非線性傳輸損耗會加重，嚴重製約網路速率和傳輸距離的進一步提高；而強度調製信號的頻寬利用率相對較低，又限制了密集波分復用的信道數量。因此，傳統強度調製方式與光通信系統高速率高效率的大發展方向產生矛盾，解決這個問題的關鍵就是採用先進調製方式(Advanced modulation formats)。2002年美國貝爾實驗室採用差分相移鍵控 (differential phase shift keying即DPSK) 調製方式將密集波分復用的40Gbit/s信號的傳輸距離翻了一番！從2000公里增加到4000公里。這個革命性實驗極大地激發了國際科研組織和光通信產業界對先進調製方式的科研熱情，也指明先進調製方式是未來光通信系統和網路的重要科研方向。

光與無線網路融合

太赫茲波(THz)是電磁頻率在0.1-10 THz(波長在3 mm-30μm)之間的電磁波，波段介於微波與遠紅外光之間。其長波段與亞毫米波相重合，其發展主要依靠電子學技術；它的短波段與紅外線相重合，發展主要依靠光子學技術，THz波所處的位置正好處於巨觀經典理論向微觀量子理論的過渡區。它是最後一個人類尚未完全認嬸符判知和利用的頻段。

20世紀90年代以前，由於缺乏有效的THz源及檢測技術，致使人們對THz波段的認識非常有限，使得THz波成為電磁波譜上的空隙。近十幾年來，雷射技茅院術的迅地恥騙祖速發展為THz波的產生提供了穩定、可靠的激發光源，THz檢測技術及其套用的研究也得到了蓬勃的發展。相比於傳統的電磁波和光波，THz脈衝的典型脈寬在皮秒量級，不但可以方便的進行時間分辨的研究，而且通過取樣測量技術，能夠有效的抑制背影輻射噪聲的干擾；THz脈衝源通常包括若干個周期的電磁振盪，單個脈衝的頻帶可以覆蓋從GHz至幾十THz的範圍；由於它是由相干電流驅動的偶極子振蕩產生，或是由相干的雷射脈衝通過非線性光學頻率差頻產生，因此有著很好的相干性；此外，THz光子的能量只有10-3 eV，不易破壞被檢測的物質，適合於生物大分子與活性物質結構的研究；而且，THz輻射具有很好的穿透性，它能以很小的衰減穿透物質如煙塵、牆壁、碳板、布料及陶瓷等，在環境控制與國家安全方面能有效發揮作用。

基於以上良好特性，THz用於通信領域成為了近幾年來國內外研究的熱點。其中室內無線安全接入和高速短距離無線互聯通信正是THz超寬頻無線通信頻寬的兩個發展方向。

目前埋道地，全世界各主要運營商都面臨著全業務運營的全新挑戰。我國電信行業在今年完成運營重組後，全業務運營時代也正式開啟，各種各樣的挑戰隨之而來。網路、業務提供、業務模式、支撐系統都需要向更高層次發展，特別是網路方面，作為運營商全業務運營的物理基礎在目前這個階段就顯得更為重要和迫切。PON作為接入網路最引人關注的技術在這幾年已經深入人心，在一些地區已經有了相當規模的套用，其寬頻化、綜合化的接入特徵成為各大運營商進行全業務運營的重要手段之一。

光分組標記交換

電信技術的快速發展使得人類社會從工業社會迅速轉變到信息社會。傳統的光傳輸網路交換是基於電路交換，專為語音信號而設計。在目前現有的網路中，高效率僅體現在面向連線的信息即語音業務的交換上。對於突發性較強的數據業務來說，網路的靈活性有限，現在使用的技術對於數據業務的經濟實用性也非常有限。這些都導致了連線終端用戶的網路成本較高。由網際網路帶動的寬頻業務增長一方面使光傳輸網路成為全球信息基礎結構的重要角色，另一方面也呼喚光傳輸網路更廉價合理的解決方案出台。下一代網路正成為國際上的一個研究熱點，以國際標準為例，NGN (Next Generation Network)是由國際電信聯盟ITU和歐州電信組織ETSI提出的、基於分組的網路，從現有Internet通過協定的擴展和容量的增加和演變，試圖通過網路層分組模式與傳輸層電路模式的結合，以及容量的迅速擴展和接入速度的大幅提高來解決Internet的問題。

游標記交換與光分組傳輸相結合，是網路發展向光層靠攏的一大趨勢。由於電子器件的處理速度跟不上光承載信息的速率，因此會成為網路容量和吞吐率的瓶頸，此時必須用全光的方式才能滿足網路速率增長，容量擴大的要求。在這個概念體系中，信息淨荷(payload)在網路邊緣載入上路由與管理信息，即游標記，形成信息的光封裝打包。信息包在通過網路中間路由器時，唯讀取相關的游標記信息，對游標記信息進行處理，實現尋路功能和管理功能。原有的游標記信息將從淨荷上擦除，然後重新寫入新的游標記信息。淨荷則透明地通過中間路由器，不涉及光電光變換。為了解決隨機到來的信息包引起的阻塞問題，淨荷有時需要進行波長變換。由於淨荷的傳輸全程完全停留在光層，全透明地通過網路中間節點，，這樣就大大減小了信息傳遞的延時，提高了路由器處理速度與容量。網路的路由信息和控制管理信息完全用游標記傳遞，游標記的速率相對較低，幾個Gbit/s甚至幾百Mbit/s就足以傳遞這些信息，所需要的電子器件的速率低，從而很大程度上節約了系統成本。因此游標記交換的分組傳輸網路在網路性能、服務質量以及網路成本都有很大的優勢，是值得科研投入，促進生產力提高的發展方向。

在研項目

序號	項目名稱	項目來源	承擔任務
1	新型正交調製方式的產生、傳輸與接收技術研究	國家自然科學基金面上	負責人
2	光纖通信網路新型慢光快取器的機理、器件及套用研究	國家自然科學基金重點項目	子課題負責人
3	基於正交調製方式的新型光傳輸機制與技術	國家863面上項目	負責人
4	光分組傳輸的關鍵技術研究	國家863面上項目	子課題負責人
5	“100GE光乙太網關鍵技術研究與系統傳輸試驗平台研製”	國家863計畫目標導向項目	課題負責人
6	超高速超大容量超長距離光傳輸基礎研究	973項目	課題負責人
7	教育部新世紀優秀人才	教育部	負責人
8	上海市曙光學者	上海市	負責人
9	上海市浦江學者	上海市	負責人
10	上海市發展基金	上海市	負責人

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基本介紹

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