光通信：第10章光纤通信新技术

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1、第十章光纤通信新技术10.1相干光通信10.2光孤子通信技术10.3全光通信网10.1相干光通信相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。与强度调制—直接检测系统不同，相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。图10.1相干光通信系统的结构示意图如图10.1所示，光源发出频率为fs的光脉冲，通过调制器将已经变成电信号的信号源调制到光脉冲包络上，通过长距离线路传输后，到达接收端，

2、接收端采用外差技术，首先通过耦合器将光信号和本振光源信号同时送到光电检测器接收，本振光源频率为fs+fIF，信号光和本振光在满足波前匹配和偏振匹配的条件下混频，得到频率为fIF的中频信号，该信号经过放大后送到解调器解调，最终到达接收电路完成通信过程。相干光通信系统灵敏度的提高主要是因为它采用了本地振荡得到了一定的增益，根据无线电知识中外差接收技术知识可以得到光电检测器的电流［15］：式中：η为光电检测量子效率，h为普朗克常量，e为电子电量，f为光频率，Ps为信号光功率，PL为本振光功率，m为调制系数，(t-τg)为群延时

3、，ωs、ωL和φs、φL分别为信号光和本振光的角频率和相位。10.1.2相干光通信关键技术1.光源技术相干光纤通信系统中对信号光源和本振光源的要求比较高，它要求光谱线窄、频率稳定度高。2.调制技术一般相干光通信的光调制有半导体激光器直接调制和光波导型外调制两种。半导体激光器直接调制技术一般是采用具有动态单纵模特性的DFB激光器来进行直接调制，采用该技术在调制过程中可以使光谱保持良好的窄谱特性，同时频率也较稳定。3.接收技术相干光通信的接收技术包括两部分，一部分是光的接收技术，另一部分是中频之后的各种制式的解调技术。(1)平衡接

4、收法在FSK制式中，由于半导体激光器在调制过程中，难免带有额外的幅度调制噪声，利用平衡接收方法可以减少调幅噪声。(2)相位分集接收法除了调幅噪声外，如果本振光相位和信号光相位有相对起伏，就将产生相位噪声，严重影响接收效果。(3)偏振控制技术前面已经指出：相干光通信系统接收端必须要求信号光和本振光的偏振同偏，才能取得良好的混频效果，提高接收质量。10.2光孤子通信技术10.2.1光孤子通信技术的基本原理1.非线性薛定谔方程及解法根据光学知识，光脉冲可以用下列式子表示：E(z,t)=A(z,t)exp［j(ω0t-β0z)］其中：

5、A(z，t)是脉冲包络，对于常用的直接检波光通信系统我们主要关心光脉冲的包络情况。在考虑色散作用下，并引入光纤非线性效应中自相位调制作用时，光脉冲包络的传输方程可写为下式［7］：式中：A(z,t)为脉冲包络，β1=1/νg，β2为群速度色散系数，β3为高阶色散系数，γ是代表自相位调制效应的非线性系数。2.常见的光孤子源作为理想情况下的光通信，孤子脉冲应该具有很好的确定的形状、宽度、功率和能量，为了解决这样的问题，已提出了几种解决方案。(1)自锁模掺铒光孤子激光器自锁模掺铒光孤子激光器原理图如图10.3所示。图10.3自锁模掺铒

6、光孤子激光器(2)法布里—珀罗光纤孤子激光器(3)DFB激光器/外调制孤子源目前最简单也用得比较多的孤子源是如图10.5所示的DFB激光器/外调制激光器。图10.5DFB激光器/外调制孤子源(4)DFB激光器/集成调制孤子源理想情况下，孤子脉冲源应该是集成在单个芯片上的，参考文献［19］报道说，用单个半导体器件—集成的多量子阱DFB激光器/调制器，已经得到脉冲重复频率为20GHz、脉宽为7ps的变换限制孤子脉冲。10.2.2光孤子通信技术的新进展光孤子通信从理论的提出到20世纪80年代在实验中发现孤子，并提出将光孤子作为一种信

7、息载体用于高速光纤通信已有几十年的过程了，经过广大科研工作者的不懈努力，光孤子通信系统取得了许多新的进展。1.理论研究进展首先，在理论方法方面，基于标准非线性薛定谔方程和逆散射理论，深入研究了理想孤子解的基本结构和特征；基于光孤子通信系统的实际结构和扰动非线性薛定谔方程，建立了研究光孤子传输特性的各种扰动理论方法，深入研究了光孤子的动力学过程、动态演化特性、稳定性及稳定传输的条件和能力；基于光孤子的粒子性，建立了分析孤子相互作用的各种理论方法，揭示了光时分复用、波分复用系统中光孤子相互作用的机制和规律。其次，在光孤子通信系统分

8、析设计模型方面，基于不同系统结构、运行条件和性能要求，研究了光孤子传输方案和理论模型，建立了平均孤子或导引中心孤子模型及动态孤子和绝热孤子传输方案，确立了系统结构的基本模式。2.色散管理孤子经过十余年对孤子脉冲传输研究，探索了各种实验系统方案和系统设计方法，解决了许多关键技术