光纤通信(朱宗玖)第八章精品PPT课件

1.
首先，在理论方法方面，基于标准非线性薛 定谔方程和逆散射理论，深入研究了理想孤子解 的基本结构和特征；基于光孤子通信系统的实际 结构和扰动非线性薛定谔方程，建立了研究光孤 子传输特性的各种扰动理论方法，深入研究了光 孤子的动力学过程、动态演化特性、稳定性及稳 定传输的条件和能力；基于光孤子的粒子性，建 立了分析孤子相互作用的各种理论方法，揭示了 光时分复用、波分复用系统中光孤子相互作用的 机制和规律。
(1) 自锁模掺铒光孤子激光器原理图如 图8.3所示。
图8.3 自锁模掺铒光孤子激光器
(2) 法布里—珀罗光纤孤子激光器 (3) DFB激光器/ 目前最简单也用得比较多的孤子源是如 图10.5所示的DFB激光器FB激光器/集成调制孤子源
其次，在光孤子通信系统分析设计模 型方面，基于不同系统结构、运行条件和 性能要求，研究了光孤子传输方案和理论 模型，建立了平均孤子或导引中心孤子模 型及动态孤子和绝热孤子传输方案，确立 了系统结构的基本模式。
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2.
经过十余年对孤子脉冲传输研究， 探索了各种实验系统方案和系统设计方 法，解决了许多关键技术，脉冲在光纤 中传输时所产生的色散、损耗和非线性 是公认的三大影响孤子脉冲传输的因素 ，掺铒光纤放大器(EDFA)问世后，损耗 问题已经得到很好的解决，
项目 ESTHER
MIDAS
主持单位
意大利 Pirellic av i
S.P.A
英国 Southampton
大学
表 10.2 部分欧共体孤子发展计划
参加单位
目标
主要指标
但是随着孤子脉冲源脉宽越来越窄， 色散作用越来越影响孤子的传输，于是对 色散进行补偿成为一个紧要的技术，现在 光孤子通信系统的色散补偿大体有两类技 术：一类是弱色散和局部色散补偿；另一 类是周期性全局强色散补偿。
3.
欧共体各国协同组建了多项孤子发 展项目，欧洲各相关光通信公司、研究 所和大学基本上都参加了其项目研究， 表10.2给出了其中三个项目的基本情况。
第八章 光纤通信新技术
8.1 相干光通信 8.2 光孤子通信技术 8.3 光子晶体光纤 8.4 FTTH技术
8.1 相干光通信
8.1.1 相干光通信技术基本原理及发展
相干光通信系统可以把光频段划分为许多频
道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤
通信。
与强度调制—直接检测系统不同，相干光纤 通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所 需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到 的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下 ，进行光电混频。
8.1.2
1. 光源技术
相干光纤通信系统中对信号光源和本 振光源的要求比较高，它要求光谱线窄、 频率稳定度高。
2.
一般相干光通信的光调制有半导体 激光器直接调制和光波导型外调制两种 。半导体激光器直接调制技术一般是采 用具有动态单纵模特性的DFB激光器来 进行直接调制，采用该技术在调制过程 中可以使光谱保持良好的窄谱特性，同 时频率也较稳定。
图10.1 相干光通信系统的结构示意图
如图8.1所示，光源发出频率为fs的光 脉冲，通过调制器将已经变成电信号的信
号源调制到光脉冲包络上，通过长距离线
路传输后，到达接收端，接收端采用外差
技术，首先通过耦合器将光信号和本振光
源信号同时送到光电检测器接收，本振光 源频率为fs+fIF，信号光和本振光在满足波 前匹配和偏振匹配的条件下混频，得到频 率为fIF的中频信号，该信号经过放大后送 到解调器解调，最终到达接收电路完成通 信过程。
(3)偏振控制技术
前面已经指出：相干光通信系统接收端必 须要求信号光和本振光的偏振同偏，才能取得 良好的混频效果，提高接收质量。
8.2 光孤子通信技术
8.2.1 光孤子通信技术的基本原理 1.
根据光学知识，光脉冲可以用下列
E(z,t)=A(z,t)exp［j(ω0t-β0z)］
其 中 ： A(z，t) 是 脉 冲 包 络 ， 对 于 常 用的直接检波光通信系统我们主要关心 光脉冲的包络情况。
3. 接收技术
相干光通信的接收技术包括两部分， 一部分是光的接收技术，另一部分是中频 之后的各种制式的解调技术。
(1)平衡接收法
在FSK制式中，由于半导体激光器在调 制过程中，难免带有额外的幅度调制噪声 ，利用平衡接收方法可以减少调幅噪声。
(2)相位分集接收法
除了调幅噪声外，如果本振光相位和信号 光相位有相对起伏，就将产生相位噪声，严重 影响接收效果。
相干光通信系统灵敏度的提高主要是因为 它采用了本地振荡得到了一定的增益，根据 无线电知识中外差接收技术知识可以得到光 电检测器的电流［15］
Is
2 e
hf
Ps PL m(t g ) cos[(s L )t (s L )]
式中：η为光电检测量子效率，h为普朗克 常量，e为电子电量，f为光频率，Ps为信号光 功率，PL为本振光功率，m为调制系数，(tτg)为群延时，ωs、ωL和φs、φL分别为信号光 和本振光的角频率和相位。
在考虑色散作用下，并引入光纤非线性 效应中自相位调制作用时，光脉冲包络的传 输方程可写为下式［7］
A z
1
A t
j 2
2
2 t
A
2
1 6
3
3A t 3
i
A2A
式中：A(z,t)为脉冲包络，β1=1/νg，β2为 群速度色散系数，β3为高阶色散系数，γ是代 表自相位调制效应的非线性系数。
2.
作为理想情况下的光通信，孤子脉 冲应该具有很好的确定的形状、宽度、 功率和能量，为了解决这样的问题，已 提出了几种解决方案。
理想情况下，孤子脉冲源应该是集成 在单个芯片上的，参考文献［19］报道说，用 单个半导体器件—集成的多量子阱DFB激光 器/调制器，已经得到脉冲重复频率为 20GHz、脉宽为7ps的变换限制孤子脉冲。
8.2.2光孤子通信技术的新进展
光孤子通信从理论的提出到20世纪 80年代在实验中发现孤子，并提出将光 孤子作为一种信息载体用于高速光纤通 信已有几十年的过程了，经过广大科研 工作者的不懈努力，光孤子通信系统取 得了许多新的进展。