光孤子通信

2018-06-13

光孤子(soliton)是指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲。光脉冲在光纤中会发生色散,使得脉宽变宽。但当具有高强度的极窄单色光脉冲入射到光纤中时,将产生克尔效应,由此导致在光脉冲中产生自相位调,使脉宽变窄。当脉冲具有适当的幅度时,以上两种作用可以恰好抵消,则脉冲可以保持波形稳定不变地在光纤中传输,即形成了光孤子,也称为基阶光孤子。

光孤子的特点决定了它在通信领域的应用前景。通常将基阶光孤子用于通信,因为它在整个传播过程中没有任何变化。光孤子通信具有以下特点:(1)容量大:传输码率一般可达20Gb/s,最高可达100Gb/s以上;(2)误码率低、抗干扰能力强:基阶光孤子在传输过程中保持不变及光孤子的绝热特性决定了光孤子传输的误码率大大低于常规光纤通信,甚至可实现误码率低于的无差错光纤通信;(3)可以不用中继站:只要对光纤损耗进行增益补偿,即可将光信号无畸变地传输极远距离,从而免去了光电转换、重新整形放大、检查误码、电光转换、再重新发送等杂过程。

光孤子通信的关键几点

1.光孤子

DFB和锁模半导体激光器输出脉冲均为高斯形且功率较小,经光纤放大器放大后,就可以获得足以进行光孤子传输的峰值功率。

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2.光孤子能量补偿

孤子是光脉冲在光纤中的GVD和SPM达到平衡,其脉冲形状、幅度和频率都保持不变,但是由于光纤损耗使脉冲功率降低,进而削弱了SPM,所以需要对光孤子进行能量补偿以满足平衡。

3.色散管理孤子传输方案/色散补偿控技术

在正/反常色散区,自相位调是不稳/稳定的,要用DCF来进行色散补偿。用两端具有正负色散参数的光纤来代替每一段有着正常色散值的光纤,可以保持每一段光线的局部色散系数足够大以至于可以忽略FWM和TOD,同时又使整个路平均色散较低。

色散管理孤子:既能通过近于0的平均色散来抑G-H时间抖动,又能用局部大的色散系数提高脉冲能量,提高SNR。较大的本地色散削弱了FWM。

4.脉冲

从激光器里输出的脉冲,如果各频率成分同速传播,此时脉宽最窄,称为傅里叶变换极限脉冲。而在色散介质里,脉冲中各频率成分传播速度不同,会使得脉冲展宽,于是不同的时间会有不同的频率,这就是啁啾。从激光器中输出的孤子脉冲带有啁啾称为初始啁啾,它对孤子脉冲的传输性能产生了极大的影响。

5.同步调技术和滑频滤波技术

同步调技术是指每当脉冲传输一段距离后,形状发生了一定的变化,此时让其经过一个同步调器和固定频率滤波器,可以使其变化的形状恢到原形,从而达到提高系统传输性能的目的。所谓的滑频滤波器是指采用中心频率随传输距离线性缓慢滑动的滤波器。由于孤子的中心频率随着滤波器而滑频,而线性窄带噪声则不然,因此滑频滤波器对孤子是透的,而对噪声则产生抑。

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