【正文】 益、出色的信道選擇性及可調(diào)性等特點(diǎn)。與直接檢測系統(tǒng)相比，具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： 1. 接收靈敏度高 相干檢測能通過提高本振光功率來有效地抑制噪聲，改善接收機(jī)的靈敏度。從而也增加了光信號的傳輸距離。 2. 頻率選擇性好 外差接收時中頻落在微波波段，采用非常窄的帶通濾波器，可實(shí)現(xiàn)信道間隔小于 1～ 10 GHz的密集頻分復(fù)用，實(shí)現(xiàn)超高容量的信息傳輸。 3. 可使用電子學(xué)的均衡技術(shù)來補(bǔ)償光纖中光脈沖的色散效應(yīng) 如使得外差檢測相干光通信中的中頻濾波器的傳輸函數(shù)正好與光纖的傳輸函數(shù)相反，則可以降低光纖色散對系統(tǒng)的影響。 4. 可抑制級聯(lián)光放大器中產(chǎn)生的噪聲累積 這樣就可以采用多級光放大器級聯(lián)來延長中繼距離。 5. 具有多種調(diào)制方式 在直接檢測系統(tǒng)中，只能使用強(qiáng)度調(diào)制方式對光波進(jìn)行調(diào)制。而在相干光通信中，除了可以對光波進(jìn)行幅度調(diào)制外，還可以進(jìn)行頻率調(diào)制或相位調(diào)制。 由于相干光通信可以大大提高接收機(jī)的靈敏度，在 EDFA出現(xiàn)之前，擬用相干光通信大大延長線路的中繼距離，顯著提高傳輸容量。但在相干光通信中需要有頻率和相位十分穩(wěn)定的激光光源，這給相干光通信的實(shí)現(xiàn)帶來了相當(dāng)大的難度。 光孤子通信 損耗與色散是制約光纖通信系統(tǒng)傳輸距離以及容量的主要因素。利用光孤子（ soliton）傳輸信息的新一代光纖通信系統(tǒng)，可以真正做到全光通信，無需光、電轉(zhuǎn)換，就可在超長距離、超大容量傳輸中大顯身手，是光通信技術(shù)上的一場革命。 光孤子是一種具有特殊性質(zhì)的短脈沖，它經(jīng)光纖長距離傳輸后能保持其初始形狀，即其幅度和寬度都保持不變。光纖具有色散和非線性的特性，它們單獨(dú)起作用時，會使光纖中傳輸?shù)墓庑盘柈a(chǎn)生脈沖展寬，損害系統(tǒng)的傳輸性能。然而，通過合理選擇相關(guān)參數(shù)，可以使非線性的影響抵消色散的影響。利用兩種效應(yīng)的相互制約作用，就可以光脈沖經(jīng)過長距離傳輸而不發(fā)生畸變，這就是光孤子通信。 光孤子通信的基本原理 220 )()()()( tEntntntn ＝－??)(2)()( tnLLtnct ????? ????)]([2)()( tntLt tt ?????????? ???? － 如 ，在強(qiáng)光作用下，光纖的折射率由（ ）式表示，即光強(qiáng)感應(yīng)的介質(zhì)折射率變化為 （ ） 由此引起的光相位變化為 由此， SPM引起的頻移為 （ ） （ ） 如圖 ，在脈沖前沿，頻率下移；脈沖頂部，頻移為零；脈沖后沿，頻率上移。即這種相位調(diào)制的結(jié)果，表現(xiàn)為頻率的變化，引起脈沖前沿譜紅移，后沿譜藍(lán)移，因而前沿速度減慢，后沿速度加快。 時間 時間 光強(qiáng) 頻率 0 0 圖 脈沖的光強(qiáng)頻率調(diào)制 光脈沖在光纖中以群速度傳播，群速度隨頻率而變，光脈沖中不同頻率的分量將以不同速度傳播，導(dǎo)致脈沖展寬，稱為群速色散。在反常色散區(qū)，光脈沖的高頻分量較低頻分量的傳輸速度快。此時，群速度的色散效應(yīng)恰與 SPM的影響相反。當(dāng)合理選擇相關(guān)參數(shù)，使兩種效應(yīng)的影響恰好彼此抵消時，脈沖就保持其初始形狀傳輸，因而形成基本光孤子，也稱一階孤子。 可以證明，孤子的振幅不是任意的，而是唯一地由非線性系數(shù)、色散值以及脈沖寬度所確定，并且脈沖具有雙曲正割分布。一階孤子的閾值功率可表示為 22231||???ADP e f f? 當(dāng)唯一確定的基本孤子注入無損耗光纖后，將沿光纖無失真地?zé)o限傳輸下去。但實(shí)際上，光纖的損耗導(dǎo)致孤子幅度隨著傳輸距離的增加而降低，同時由于孤子幅度的變化導(dǎo)致脈沖展寬，但孤子幅度與脈寬之積為常數(shù)。這樣，通過每隔一段距離補(bǔ)充脈沖損失的能量，可以使脈寬自動恢復(fù)到初始狀態(tài)。如此一來，就可以增加傳輸級數(shù)，極大地延長傳輸距離。 光孤子通信系統(tǒng) 由于基本孤子脈沖在傳輸中，色散效應(yīng)恰與非線性效應(yīng)相抵消，形狀保持不變，使人們想到用基本孤子為信息載體，將有可能克服原來線性脈沖遇到的困難。 1980年貝爾實(shí)驗(yàn)室的莫勒諾爾 (Mollenauer， .)等人實(shí)驗(yàn)成功后，海斯格瓦 ()等人開始著手研究基本孤子用于通信技術(shù)的可能性，并于 1981年首次明確地提出了光纖孤子通信的設(shè)想。上世紀(jì)90年代貝爾實(shí)驗(yàn)室的奧爾森 ()小組利用多重孤子兩路傳輸9000km，甚至 1992年在傳輸速率為 10GB/s的條件下成功地進(jìn)行了 100萬公里的光孤子傳輸試驗(yàn)。這表明光纖孤子通信不僅可以跨洋，甚至可以在全球任意兩地間進(jìn)行。 光孤子通信系統(tǒng)的組成及關(guān)鍵技術(shù) 如圖 ，長距離光孤子通信系統(tǒng)由光孤子源、傳輸光纖、孤子能量補(bǔ)償放大器與孤子脈沖檢測接收單元組成。 光孤子源 調(diào)制器 信號源 EDFA 隔離器 隔離器 探測器 圖 長距離光孤子通信系統(tǒng)基本框圖 根據(jù)理論分析，只有當(dāng)輸出的光脈沖為嚴(yán)格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件時，光孤子才能在光纖中穩(wěn)定地傳輸。但光孤子通信系統(tǒng)中所用的孤子源一般并非嚴(yán)格意義上的孤子激光器，只是一種類似孤子的超短光脈沖源，它產(chǎn)生滿足基本光孤子能量、頻譜等要求的超短脈沖，這種超短光脈沖在光纖中傳輸時自動壓縮、整形而形成光孤子。較常用的光孤子源有增益開關(guān)分布反饋半導(dǎo)體激光器（ GSDFBLD）以及鎖模外腔半導(dǎo)體激光器（ MLECLD）。GSDFBLD依靠大電流的注入形成窄脈沖，結(jié)構(gòu)簡單，且重復(fù)頻率可調(diào)，但產(chǎn)生的光脈沖啁啾大，所以在入纖前要進(jìn)行消啁啾處理，它是目前光孤子傳輸系統(tǒng)中重要的光源； MLECLD產(chǎn)生的脈沖波形較好且頻率啁啾成分較低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，集成 MLECLD是一種較好的孤子源產(chǎn)生方案； MLERFRL是一種新穎的超短光脈沖源，它能直接產(chǎn)生孤子，無啁啾，可自啟動并易于與光纖連接，結(jié)構(gòu)較簡單，也是目前使用較多的光源。 光纖的損耗不可避免地消耗孤子能量，當(dāng)能量不滿足孤子形成的條件時，脈沖喪失孤子特性而展寬，但只要通過摻鉺光纖放大器給孤子補(bǔ)充能量，孤子即自動整形。利用孤子的這一特性可進(jìn)行全光中繼。主要有四種光放大器可實(shí)現(xiàn)光孤子放大，它們是半導(dǎo)體光放大器（ SOA）、摻鉺光纖放大器（ EDFA）、分布式摻鉺光纖放大器（ DEDFA）和喇曼光纖放大器。 SOA尺寸小、頻帶寬、增益高，易和其他光電子器件混合集成，但輸出功率較低，并且其增益與光的偏振有關(guān)。 EDFA具有大輸出功率、增益高、頻帶寬、噪聲低、對偏振不敏感、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，特別適用于高速長距離通信應(yīng)用。 DEDFA采用摻 Er3+濃度低、增益系數(shù)低、截止波長長、數(shù)值孔徑大、負(fù)色散區(qū)寬的三角形折射率分布的摻鉺光纖，并采用 1480nm雙向泵浦技術(shù)，可達(dá)到較長的中繼距離。利用受激拉曼散射效應(yīng)的光放大器是一種典型的分布式光放大器。其優(yōu)點(diǎn)是光纖自身成為放大介質(zhì)，然而石英光纖中的受激拉曼散射增益系數(shù)相當(dāng)小，這意味著需要高功率的激光器作為光纖中產(chǎn)生受激拉曼散射的泵浦源。其中，集總放大方法是通過 EDFA實(shí)現(xiàn)的，其穩(wěn)定性已得到理論和試驗(yàn)的證明，成為當(dāng)前孤子通信的主要放大方法。光放大被認(rèn)為是全光孤子通信的核心問題。但是放大器的自發(fā)輻射噪聲，是一種不可避免的熱噪聲，它與孤子相互作用后，造成孤子中心頻率的隨機(jī)抖動，進(jìn)而引起孤子到達(dá)接收端的抖動，即戈登 豪斯效應(yīng)。這一效應(yīng)是限制孤子傳輸系統(tǒng)的容量、放大器間隔等系統(tǒng)指標(biāo)的重要因素。因此通常在放大器后加一個帶通濾波器來抑制戈登 豪斯效應(yīng)。 傳輸光纖、孤子脈沖檢測接收單元的作用與在普通光纖系統(tǒng)中的作用類似。 光孤子系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)程 在全世界范圍，全光通信系統(tǒng)已在橫跨大西洋的 TAT10系統(tǒng)和橫跨太平洋的 TPC15系統(tǒng)上首先應(yīng)用。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室 Mollenauer研究小組的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是世界上最早的光孤子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首次檢測出脈寬為 10ps的光孤子經(jīng) 10km傳輸無明顯變化，從而首次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光孤子傳輸?shù)目赡苄浴Ｈ毡纠闷胀ü饫|線路成功地進(jìn)行了超高 20Tbit/s、遠(yuǎn)距離 1000km孤子通信；日本電報電話公司在 1992年推出速率為 10Gbit/s、能傳輸12020km的直通光孤子通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。我國在 1999年也成功地進(jìn)行了 8 、105km的光纖傳輸。該技術(shù)中：采用色散補(bǔ)償光纖對光脈沖進(jìn)行壓縮；采用 ～20Gbit/s的光信號復(fù)用；從 20Gbit/s的復(fù)用系統(tǒng)中提取 ；采用非線性光學(xué)環(huán)路實(shí)現(xiàn) ／ s～ 20Gbit／ s的解復(fù)用；采用啁啾光柵對 20Gbit／ s信號在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中傳輸 105km后造成的色散進(jìn)行補(bǔ)償。 光孤子通信系統(tǒng)的發(fā)展前景 光孤子通信是未來高速率光纖通信系統(tǒng)的一種非常有前景的通信方式，它具有超大容量和超長距離傳輸?shù)臐摿?。并且孤子脈沖的特