【正文】 時鐘 接收機 誤碼檢測 光帶通濾波器 延時線 1 2 N 時鐘提 取電路 光波時 鐘產(chǎn)生 合 路 器 E D F A 解復用器 全光開關 分 路 器 T ? ? （ n 1 ） T 圖 10. O T D M 系統(tǒng)框圖 時分復用可分為比特交錯 OTDM和分組交錯 OTDM，這兩種復用方式都需要利用幀脈沖信號區(qū)分不同的復用數(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：波分復用 WDM和光時分復用OTDM。但目前已取得的突破性進展使我們相信，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?。美國貝爾實驗?Mollenauer研究小組的實驗系統(tǒng)是世界上最早的光孤子實驗系統(tǒng)，首次檢測出脈寬為 10ps的光孤子經(jīng) 10km傳輸無明顯變化，從而首次從實驗上證實了光孤子傳輸?shù)目赡苄?。這一效應是限制孤子傳輸系統(tǒng)的容量、放大器間隔等系統(tǒng)指標的重要因素。其優(yōu)點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。GSDFBLD依靠大電流的注入形成窄脈沖，結構簡單，且重復頻率可調(diào)，但產(chǎn)生的光脈沖啁啾大，所以在入纖前要進行消啁啾處理，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，但結構復雜，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，結構較簡單，也是目前使用較多的光源。 光孤子通信系統(tǒng)的組成及關鍵技術 如圖 ，長距離光孤子通信系統(tǒng)由光孤子源、傳輸光纖、孤子能量補償放大器與孤子脈沖檢測接收單元組成。 光孤子通信系統(tǒng) 由于基本孤子脈沖在傳輸中，色散效應恰與非線性效應相抵消，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，將沿光纖無失真地無限傳輸下去。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，是光通信技術上的一場革命。而在相干光通信中，除了可以對光波進行幅度調(diào)制外，還可以進行頻率調(diào)制或相位調(diào)制。 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，可實現(xiàn)信道間隔小于 1～ 10 GHz的密集頻分復用，實現(xiàn)超高容量的信息傳輸。 除了以上關鍵技術外，對于本振光和信號光之間產(chǎn)生的相位漂移，在接收端還可采用相位分集接收技術以消除相位噪聲；為了減小本振光的相對強度噪聲對系統(tǒng)的影響，可以采用雙路平衡接收技術，零差檢測中為保證本振零差檢測中為保證本振光與信號光同步而采用的光鎖相環(huán)技術，以及用于本振頻率穩(wěn)定的自動頻率控制等。 頻率穩(wěn)定技術 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占主導地位，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， 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 ?????? 相干光通信的關鍵技術 外光調(diào)制技術 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)檢測器上輸出的中頻信號通過一個中頻濾波器后分成兩路，其中一路用作中頻載頻恢復，恢復出的中頻載波與另一路中頻信號進行混頻，再由低通濾波器輸出基帶信號。異步解調(diào)即包絡檢波法。利用量子阱半導體相位外調(diào)制器或 LiNbO3相位調(diào)制器實現(xiàn) PSK調(diào)制這種調(diào)制器只要選擇適當?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光與本振光之間的干涉，因此要通過在接收機內(nèi)進行偏振控制來保持它們之間的偏振方向。 調(diào) 制 器信 號 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 輸 出頻 率 控 制 （ 外 差 ）相 位 控 制 （ 零 差 ）偏 振 控 制 器接收機圖 相干光通信系統(tǒng)的基本框圖 信號光 混頻器 光檢測器 電信號處理 基帶信號 本地光 振蕩器 S?L? 圖 相干檢測原理框圖 ( ) 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?設接收機接收的信號光以及本振光的光場分別為 （ ） （ ） 分別為信號光的幅度、頻率和相位， 當信號光與本振光的偏振方向相同時，入射總光強 P 因此有 （ ）式中 稱為中頻信號的頻率。在接收端，首先與一本振光信號（通過耦合器）進行相干混合，然后由檢測器進行檢測。為了充分利用光纖通信的帶寬，將無線電數(shù)字通信中外差檢測的相干通信方式應用于光纖通信。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、接收機靈敏度差、中繼距離短等缺點。在發(fā)送端，采用直接調(diào)制或外調(diào)制方式將信號以調(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。光接收機接收的信號光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻后，由光檢測器檢測，經(jīng)處理后，以基帶信號的形式輸出。 根據(jù)本振光信號頻率與接收到的信號光頻率是否相等， 可分為零差檢測相干光通信和外差檢測相干光通信。外差檢測相干光通信不要求本振光與信號光之間的相位鎖定，并允許本振光和信號光之間存在頻差。如果采用直接光強調(diào)制，幅度變化將引起相位變化。傳輸“ 0”碼和傳輸“ 1”碼時，分別用兩個不同相位（通常相差 π）表示。將中頻信號再次與原載波信號相乘并通過低通濾波器濾去高頻信號分量，則可恢復出原來的基帶信號，此方法稱為同步調(diào)制。根據(jù)中頻信號的解調(diào)方式不同，外差檢測又分為同步解調(diào)和包絡解調(diào)。 零差檢測的信噪比為 BRkTBqR PPPRSN RLLLS424 2???? （ ） 為光檢測器的響應度， 為平均接收信號功率， 為熱噪聲功率， B為光接收機的等效噪聲帶寬， q為電子電荷。因此，在相干光通信中應采取光波偏振穩(wěn)定措施。此時的輸出信號已與接收信號的偏振態(tài)無關，從而消除了信號在傳輸過程中偏振態(tài)的隨機變化。為了滿足相干光通信對光源譜寬的要求，通常采取的頻譜壓縮技術有：（ 1）注入鎖模法，即利用一個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，