高速BPSK相干光通信系统对激光器线宽要求

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1、空间电子技术6SPACEELECTRONICTECHNOLOGY2011年第1期高速BPSK相干光通信系统对激光器线宽要求徐争放(中国空间技术研究院西安分院，西安710000)摘要文章概述了激光器相位噪声对零差相干检测光通信系统性能的影响，对特定的基于平衡探测的科斯塔斯(Costas)环路接收系统相位误差进行了详细的理论分析，最后获得了不同传输码速率下的零差相干检测光通信系统对激光器线宽的具体要求。关键词激光通信相干检测锁相环(PLL)信号带宽方面有巨大差异，导致在光通信系统中0引言会提出特定的技术问题。例如光通

2、信领域，相干常用来描述存在本机振荡器光波叠加到输入信号光通信系统因其本身具有的巨大带宽、好的方的系统，并不要求一定要恢复、利用载波的相位、向性及可以无线连接而受到关注。另外，激光系统频率进行解调和检测，这一点与经典相干通信系的体积小、质量轻、功耗低等优点以及空间激光链路统的含义不同;在电学领域，载波线宽的概念很少抗截获能力强、保密性好的特点，其在特定领域的应被提及，主要是因为它的线宽可低至几分之一赫［1］用越来越受到关注。兹。而根据半导体激光器的工作原理，即使对于随着激光技术的飞速发展，实用的无线激光通单频激光器

3、，由于受到相位噪声的影响，发射的信信系统也从最初的强度调制/直接检测逐渐向相位号也不能用纯正弦波来表征，其大小是用激光器［2～5］调制/相干检测过渡。相对于直接探测系统，相的线宽来评判的，换言之，激光器相位噪声的大小干检测系统的条件要苛刻得多，所有这些限制条件与其线宽直接相关。为系统换来的最大好处是极大地提高了系统的灵敏在文献［6］中，将激光器的噪声频谱根据不同度。其中，对高稳定度、极窄线宽的本振激光源就有的物理现象分为3个主要的区域:激光器温度波动很严格的要求。产生的闪烁噪声、对应于激光器腔谐振频率的张弛目前，

4、受限于激光器发射功率、频率稳定度及线频率噪声、及处于闪烁噪声和张弛频率噪声之间比宽，对激光相干技术的研究将更多的注意力放在较平坦的白频率噪声。在实际系统中，闪烁噪声将1064nm和1550nm两个波段。文章将以特定的平导致低频成份(慢变部分);张弛频率噪声位于比系衡探测、零差接收系统为研究对象，对激光器线宽与统带宽高得多的频率上，其对激光器相位噪声的影传输码速率的相互关系进行简单的讨论。响由于频率、相位的积分关系而大大减弱;白频率噪声的影响是最为关键的。1激光器相位噪声对零差检测光接收基于白频率噪声影响的设定，激

5、光器发射的未系统性能的影响［jw0t+(t)］调制信号可以表示为:es(t)=Ese，其中，(t)为零均值白高斯噪声，其功率谱密度为2πΔv，可以光通信系统与电通信系统比较，载频与信息获得激光器输出谱为罗伦兹线形的结论(Δv是激光收稿日期:2009－10－12;修回日期:2009－12－24器的谱线宽度)，与实际测试结果相符，这也进一步2011年第1期徐争放:高速BPSK相干光通信系统对激光器线宽要求7证明了白频率噪声影响的重要性。路、Costas环路法，以上几种方法各有优缺点。文中在相干光通信的同步系统中，

6、检测过程利用了主要选择基于平衡探测的Costas环路接收系统，对载波的相位。由于信号源本身受到相位噪声的严重系统的相位误差进行分析。影响，同步检测系统甚至会出现利用信号功率的增基于平衡探测的Costas环路接收系统的原理图加也无法减小误码率的情况，即系统出现误码率本如图2所示。用于载频恢复的组成部分主要包括:底。桥接器(2×4)、平衡接收单元、乘法器、环路滤波针对本机振荡器参考信号不准确相位对PSK器、压控振荡器(本振光源)等。系统性能的影响，参考文献［6］中有明确的结论，如图1所示。图中给出了不同相位误差(相位

7、误差的标准偏差用δe表示)下，误码率与比特光子数表示的接收信号功率之间的关系。图2BPSK的Costas零差检测系统的原理图在2束光完全满足相干条件的情况下，信号光用es(t)表示，其中，a代表需传输的信息，本振光用eLo(t)表示，在混频面上合成后的功率表达式用P(t)表示，相干过程理论上可由式(1)～(3)表示。jw0t+Δ(t)图1不同相位噪声偏差下，零差BPSK接收es(t)=aEse(1)系统误码率与比特光子数的关系其中，Δ(t)表示相位噪声。jw0teLo(t)=ELoe(2)根据图1可以获得激

8、光器相位噪声对零差检2测的光接收系统的影响情况。图中每条曲线大致p(t)=

9、es(t)+eLo(t)

10、=PS+PLo+2a槡PSPLocos(Δ(t))(3)可以分为2个部分:前半部分误码率随着接收信基于平衡探测的Costas环路接收系统的工作过号功率的增加迅速减小、后半部分误码率随着接程描述如下:收信号功率的增加几乎没有变化，即出现误码率假设2×4桥接器对输入信号功率