【正文】 時(shí)鐘 接收機(jī) 誤碼檢測(cè) 光帶通濾波器 延時(shí)線 1 2 N 時(shí)鐘提 取電路 光波時(shí) 鐘產(chǎn)生 合 路 器 E D F A 解復(fù)用器 全光開關(guān) 分 路 器 T ? ? （ n 1 ） T 圖 10. O T D M 系統(tǒng)框圖 時(shí)分復(fù)用可分為比特交錯(cuò) OTDM和分組交錯(cuò) OTDM，這兩種復(fù)用方式都需要利用幀脈沖信號(hào)區(qū)分不同的復(fù)用數(shù)據(jù)或分組。圖 OTDM系統(tǒng)框圖。 目前有兩種途徑可以提高傳輸速率：波分復(fù)用 WDM和光時(shí)分復(fù)用OTDM。但目前已取得的突破性進(jìn)展使我們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明的發(fā)展前景。 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?。美國貝爾?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(cè)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?。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。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。 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)。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(dòng)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(cè)接收單元組成。 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。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。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。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。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(chǎng)革命。而在相干光通信中，除了可以對(duì)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。 2. 頻率選擇性好 外差接收時(shí)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。 除了以上關(guān)鍵技術(shù)外，對(duì)于本振光和信號(hào)光之間產(chǎn)生的相位漂移，在接收端還可采用相位分集接收技術(shù)以消除相位噪聲；為了減小本振光的相對(duì)強(qiáng)度噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，可以采用雙路平衡接收技術(shù)，零差檢測(cè)中為保證本振零差檢測(cè)中為保證本振光與信號(hào)光同步而采用的光鎖相環(huán)技術(shù)，以及用于本振頻率穩(wěn)定的自動(dòng)頻率控制等。 頻率穩(wěn)定技術(shù) 只有保證光載波振蕩器和光本振振蕩器的高頻率穩(wěn)定性，才能保證相干光通信系統(tǒng)的正常工作。主要有兩種方法：（ 1）采用保偏光纖，使光波在傳輸過程中保持光波的偏振方向不變。通過控制本振光的功率 ，可使分母中的第一項(xiàng)占主導(dǎo)地位，從而得到散粒噪聲極限下的 SNR： R ?? SP BRkTL4LPqBPR2SN R S ???在比特率為 1/T時(shí)， ThNPRS /???? RNSN R ?4?則 如果以系統(tǒng)的品質(zhì)因素 Q來表示，則最小接收光功率，即靈敏度為 ??422m i nBQhPP SS ?????? 相干光通信的關(guān)鍵技術(shù) 外光調(diào)制技術(shù) 外光調(diào)制是根據(jù)某些電光或聲光晶體的光波傳輸特性隨電壓或聲壓等外界因素的變化而變化的物理現(xiàn)象而提出的。外差同步解調(diào)檢測(cè)器上輸出的中頻信號(hào)通過一個(gè)中頻濾波器后分成兩路，其中一路用作中頻載頻恢復(fù)，恢復(fù)出的中頻載波與另一路中頻信號(hào)進(jìn)行混頻，再由低通濾波器輸出基帶信號(hào)。異步解調(diào)即包絡(luò)檢波法。利用量子阱半導(dǎo)體相位外調(diào)制器或 LiNbO3相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn) PSK調(diào)制這種調(diào)制器只要選擇適當(dāng)?shù)拿}沖電壓，就可以使相位改變 π。 頻移鍵控（ FSK） 光載波的相位和幅度為常數(shù)，用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制光載波的頻率，稱為頻移鍵控 FSK。 （ ） 相干光通信中采用的調(diào)制方法有 3種：幅移鍵控 ASK（ Amplitude Shift Key）、頻移鍵控 FSK（ Frequency Shift Key）和相移鍵控 PSK（ Phase Shift Key）。 （ ） SL???0IF? ?IF( ) 2 c o s ( t )S L S Li t R P P ? ? ???采用零差檢測(cè)要求 所以需要頻率穩(wěn)定性高、線寬窄的光源；另外，這種方式取決于信號(hào)光與本振光之間的干涉，因此要通過在接收機(jī)內(nèi)進(jìn)行偏振控制來保持它們之間的偏振方向。 調(diào) 制 器信 號(hào) 光 源本 振 光 源光 電二 極 管放 大 器二 次檢 波判 決光 纖耦 合 器信 號(hào) 輸 出頻 率 控 制 （ 外 差 ）相 位 控 制 （ 零 差 ）偏 振 控 制 器接收機(jī)圖 相干光通信系統(tǒng)的基本框圖 信號(hào)光 混頻器 光檢測(cè)器 電信號(hào)處理 基帶信號(hào) 本地光 振蕩器 S?L? 圖 相干檢測(cè)原理框圖 ( ) c o s ( )S S S SE t E t????( ) c o s ( )L L L LE t E t????SE S? S?LE L? L?? ?2)()( tEtE LS ??22[ 2 c o s ( ) ]S L S L I F S LP k E E E E t? ? ?? ? ? ? ?IF?設(shè)接收機(jī)接收的信號(hào)光以及本振光的光場(chǎng)分別為 （ ） （ ） 分別為信號(hào)光的幅度、頻率和相位， 當(dāng)信號(hào)光與本振光的偏振方向相同時(shí)，入射總光強(qiáng) P 因此有 （ ）式中 稱為中頻信號(hào)的頻率。在接收端，首先與一本振光信號(hào)（通過耦合器）進(jìn)行相干混合，然后由檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。為了充分利用光纖通信的帶寬，將無線電數(shù)字通信中外差檢測(cè)的相干通信方式應(yīng)用于光纖通信。其原理簡單，成本低，但不能充分發(fā)揮光纖通信的優(yōu)越性，存在頻帶利用率低、接收機(jī)靈敏度差、中繼距離短等缺點(diǎn)。在發(fā)送端，采用直接調(diào)制或外調(diào)制方式將信號(hào)以調(diào)幅、調(diào)相或調(diào)頻的方式調(diào)制到光載波上，送入光纖中傳輸。光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻后，由光檢測(cè)器檢測(cè)，經(jīng)處理后，以基帶信號(hào)的形式輸出。 根據(jù)本振光信號(hào)頻率與接收到的信號(hào)光頻率是否相等， 可分為零差檢測(cè)相干光通信和外差檢測(cè)相干光通信。外差檢測(cè)相干光通信不要求本振光與信號(hào)光之間的相位鎖定，并允許本振光和信號(hào)光之間存在頻差。如果采用直接光強(qiáng)調(diào)制，幅度變化將引起相位變化。傳輸“ 0”碼和傳輸“ 1”碼時(shí)，分別用兩個(gè)不同相位（通常相差 π）表示。將中頻信號(hào)再次與原載波信號(hào)相乘并通過低通濾波器濾去高頻信號(hào)分量，則可恢復(fù)出原來的基帶信號(hào)，此方法稱為同步調(diào)制。根據(jù)中頻信號(hào)的解調(diào)方式不同，外差檢測(cè)又分為同步解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。 零差檢測(cè)的信噪比為 BRkTBqR PPPRSN RLLLS424 2???? （ ） 為光檢測(cè)器的響應(yīng)度， 為平均接收信號(hào)功率， 為熱噪聲功率， B為光接收機(jī)的等效噪聲帶寬， q為電子電荷。因此，在相干光通信中應(yīng)采取光波偏振穩(wěn)定措施。此時(shí)的輸出信號(hào)已與接收信號(hào)的偏振態(tài)無關(guān)，從而消除了信號(hào)在傳輸過程中偏振態(tài)的隨機(jī)變化。為了滿足相干光通信對(duì)光源譜寬的要求，通常采取的頻譜壓縮技術(shù)有：（ 1）注入鎖模法，即利用一個(gè)以單模工作的頻率穩(wěn)定、譜線很窄的主激光器的光功率，注入到需要寬度壓縮的從激光器，從而使從激光器保持和主激光器一致的譜線寬度、單模性及頻率穩(wěn)定度；（ 2）外腔反饋法，