第11章光孤子通信系统

1、12根据光学知识，光脉冲可以用下列式根据光学知识，光脉冲可以用下列式子表示：子表示：E(z,t)=A(z,t)expj(0t-0z)其中：其中：A(z，t)是脉冲包络，对于常用的直是脉冲包络，对于常用的直接检波光通信系统我们主要关心光脉冲的接检波光通信系统我们主要关心光脉冲的包络情况。包络情况。3在考虑色散作用下，并引入光纤非线在考虑色散作用下，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的传输方程可写为下式7：式中：式中：A(z,t)为脉冲包络，为脉冲包络，1=1/g，2为群速度色散系数，为群速度色散系数，3为高阶色散系数，为高阶

2、色散系数，是代表自相位调制效应的非线性系数。是代表自相位调制效应的非线性系数。AAitAtAjtAzA233322216124作为理想情况下的光通信，孤子脉冲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，已提出了和能量，为了解决这样的问题，已提出了几种解决方案。几种解决方案。自锁模掺铒光孤子激光器原理图如图自锁模掺铒光孤子激光器原理图如图11.3所示。所示。5图图11.3 自锁模掺铒光孤子激光器自锁模掺铒光孤子激光器6目前最简单也用得比较多的孤子源是目前最简单也用得比较多的孤子源是如图如图11.5所示的所示的

3、DFB激光器激光器/外调制激光器。外调制激光器。图图11.5 DFB激光器激光器/外调制孤子源外调制孤子源7理想情况下，孤子脉冲源应该是集成理想情况下，孤子脉冲源应该是集成在单个芯片上的，参考文献在单个芯片上的，参考文献19报道说，报道说，用单个半导体器件用单个半导体器件集成的多量子阱集成的多量子阱DFB激光器激光器/调制器，已经得到脉冲重复频率为调制器，已经得到脉冲重复频率为20GHz、脉宽为脉宽为7ps的变换限制孤子脉冲。的变换限制孤子脉冲。8光孤子通信从理论的提出到光孤子通信从理论的提出到20世纪世纪80年代年代在实验中发现孤子，并提出将光孤子作为一种信在实验中发现孤子，并提出将光孤子作

4、为一种信息载体用于高速光纤通信已有几十年的过程了，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。统取得了许多新的进展。9首先，在理论方法方面，基于标准非线性首先，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，深入研究了孤子传输特性

5、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，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。的机制和规律。10其次，在光孤子通信系统分析设计模其次，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性能要求，研究了光孤子传输方案

6、和理论模型，建立了平均孤子或导引中心孤子模模型，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。了系统结构的基本模式。11经过十余年对孤子脉冲传输研究，探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，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，掺铒光纤三大影响孤子脉冲传输的因素，掺铒光纤放大器放大器(EDFA)问世后，损耗问题已经得到问

7、世后，损耗问题已经得到很好的解决，很好的解决，12但是随着孤子脉冲源脉宽的越来越窄，但是随着孤子脉冲源脉宽的越来越窄，色散作用越来越影响孤子的传输，于是对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。类是周期性全局强色散补偿。13欧共体各国协同组建了多项孤子发展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、研究所和项目，欧洲各相关光通信公司、研究所和大

8、学基本上都参加了其项目研究，表大学基本上都参加了其项目研究，表11.2给出了其中三个项目的基本情况。给出了其中三个项目的基本情况。14表10.2 部分欧共体孤子发展计划项目主持单位参加单位目标主要指标试验场地ESTHER意大利PirellicaviS.P.A意法德英等 8 国 6公司 5 大学欧洲 ACTS之一，采用孤子技术提高现存网容量10Gb/s,500kmG.65240Gb/s,700kmG.653意大利Roma-P0meziaMIDAS英国Southampton大学英意法瑞典 5 国 4研究所 4大学ACTS 之二，采用孤子技术在已建网上传送40Gb/s 数据40Gb/s,1000km

9、G.65340Gb/s,700kmG.652瑞典JonkoppongRing 现场试验UPGRADE荷兰Philips 光电子研究中心荷德西葡等 4 国ACTS 之三，采用 1.3m孤子传输技术为骨架干线扩容升级10Gb/s,1000kmG.652德国Kassel-Hannover 西班牙 Madrid-葡萄牙 Lisbon 现场试验15多信道光孤子系统技术是指光信息流多信道光孤子系统技术是指光信息流在网络中的传输及交换时始终以光的形式在网络中的传输及交换时始终以光的形式存在。存在。它具备更强的可管理性、灵活性、透它具备更强的可管理性、灵活性、透明性与传统通信网和现行的光通信系统相明性与传统通

10、信网和现行的光通信系统相比，它具有以下多种优点：比，它具有以下多种优点： 16 可提供更大的带宽，因为全光网对可提供更大的带宽，因为全光网对信号的交换都在光域内进行，可最大限度信号的交换都在光域内进行，可最大限度地利用光纤的传输容量；地利用光纤的传输容量； 具有传输透明性，因为采用的光路具有传输透明性，因为采用的光路交换以波长来选择路由，因此对传输码率、交换以波长来选择路由，因此对传输码率、数据格式以及调制方式具有透明性，即对数据格式以及调制方式具有透明性，即对信号形式无限制，允许采用不同的速率和信号形式无限制，允许采用不同的速率和协议；协议； 17 具有更高的处理速度和更低的误码具有更高的处理速度和更低的误码率；率； 具有良好的兼容性，不仅可以与现具有良好的兼容性，不仅可以与现有的通信网络兼容，而且还可以支持未来有的通信网络兼容，而且还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级；的宽带综合业务数字网以及网络的升级； 具备良好的扩展性能，网络可同时具备良好的扩展性能，网络可同时扩展用户、容量和种类，新节点的加入并扩展用户、容量和种类，新节点的加入并不会影响原来网络结构和原有各节点设备；不会影响原来网络结构和原有各节点设备； 18 具备可重构性，可以根据通信容量具备可重构性，可以根据通信容量