光纤通信新技术课件.pptVIP

光纖通信新技術10.1相干光通信 相干光通信系統可以把光頻段劃分為許多頻道，從而使光頻段得到充分利用，即多通道光纖通信。 與強度調製—直接檢測系統不同，相干光纖通信系統在光接收機中增加了外差或零差接收所需的本地振盪光源，該光源輸出的光波與接收到的已調光波在滿足波前匹配和偏振匹配的條件下，進行光電混頻。圖10.1相干光通信系統的結構示意圖 如圖10.1所示，光源發出頻率為fs的光脈衝，通過調製器將已經變成電信號的信號源調製到光脈衝包絡上，通過長距離線路傳輸後，到達接收端，接收端採用外差技術，首先通過耦合器將光信號和本振光源信號同時送到光電檢測器接收，本振光源頻率為fs+fIF，信號光和本振光在滿足波前匹配和偏振匹配的條件下混頻，得到頻率為fIF的中頻信號，該信號經過放大後送到解調器解調，最終到達接收電路完成通信過程。 相干光通信系統靈敏度的提高主要是因為它採用了本地振盪得到了一定的增益，根據無線電知識中外差接收技術知識可以得到光電檢測器的電流［15］： 式中：η為光電檢測量子效率，h為普朗克常量，e為電子電量，f為光頻率，Ps為信號光功率，PL為本振光功率，m為調製係數，(t-τg)為群延時，ωs、ωL和φs、φL分別為信號光和本振光的角頻率和相位。10.1.2相干光通信關鍵技術1.光源技術 相干光纖通信系統中對信號光源和本振光源的要求比較高，它要求光譜線窄、頻率穩定度高。2.調製技術 一般相干光通信的光調製有半導體雷射器直接調製和光波導型外調制兩種。半導體雷射器直接調製技術一般是採用具有動態單縱模特性的DFB雷射器來進行直接調製，採用該技術在調製過程中可以使光譜保持良好的窄譜特性，同時頻率也較穩定。3.接收技術 相干光通信的接收技術包括兩部分，一部分是光的接收技術，另一部分是中頻之後的各種制式的解調技術。(1)平衡接收法 在FSK制式中，由於半導體雷射器在調製過程中，難免帶有額外的幅度調製雜訊，利用平衡接收方法可以減少調幅雜訊。(2)相位分集接收法 除了調幅雜訊外，如果本振光相位和信號光相位有相對起伏，就將產生相位雜訊，嚴重影響接收效果。(3)偏振控制技術 前面已經指出：相干光通信系統接收端必須要求信號光和本振光的偏振同偏，才能取得良好的混頻效果，提高接收品質。10.2光孤子通信技術10.2.1光孤子通信技術的基本原理1.非線性薛定諤方程及解法 根據光學知識，光脈衝可以用下列式子表示：E(z,t)=A(z,t)exp［j(ω0t-β0z)］其中：A(z，t)是脈衝包絡，對於常用的直接檢波光通信系統我們主要關心光脈衝的包絡情況。 在考慮色散作用下，並引入光纖非線性效應中自相位調製作用時，光脈衝包絡的傳輸方程可寫為下式［7］： 式中：A(z,t)為脈衝包絡，β1=1/νg，β2為群速度色散係數，β3為高階色散係數，γ是代表自相位調製效應的非線性係數。2.常見的光孤子源 作為理想情況下的光通信，孤子脈衝應該具有很好的確定的形狀、寬度、功率和能量，為了解決這樣的問題，已提出了幾種解決方案。(1)自鎖模摻鉺光孤子雷射器 自鎖模摻鉺光孤子雷射器原理圖如圖10.3所示。圖10.3自鎖模摻鉺光孤子雷射器(2)法布裏—珀羅光纖孤子雷射器(3)DFB雷射器/外調制孤子源 目前最簡單也用得比較多的孤子源是如圖10.5所示的DFB雷射器/外調制雷射器。圖10.5DFB雷射器/外調制孤子源(4)DFB雷射器/集成調製孤子源 理想情況下，孤子脈衝源應該是集成在單個晶片上的，參考文獻［19］報導說，用單個半導體器件—集成的多量子阱DFB雷射器/調製器，已經得到脈衝重複頻率為20GHz、脈寬為7ps的變換限制孤子脈衝。10.2.2光孤子通信技術的新進展 光孤子通信從理論的提出到20世紀80年代在實驗中發現孤子，並提出將光孤子作為一種資訊載體用於高速光纖通信已有幾十年的過程了，經過廣大科研工作者的不懈努力，光孤子通信系統取得了許多新的進展。1.理論研究進展 首先，在理論方法方面，基於標準非線性薛定諤方程和逆散射理論，深入研究了理想孤子解的基本結構和特徵；基於光孤子通信系統的實際結構和擾動非線性薛定諤方程，建立了研究光孤子傳輸特性的各種擾動理論方法，深入研究了光孤子的動力學過程、動態演化特性、穩定性及穩定傳輸的條件和能力；基於光孤子的粒子性，建立了分析孤子相互作用的各種理論方法，揭示了光時分複用、波分複用系統中光孤子相互作用的機制和規律。 其次，在光孤子通信系統分析設計模型方面，基於不同系統結構、運行條件和性能要求，研究了光孤子傳輸方案和理論模型，建立了平均孤子