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1、相干光通信系统可以把光频段划分为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，许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。即多信道光纤通信。与强度调制与强度调制直接检测系统不同，相直接检测系统不同，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，进行光电混前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。频。图图10.1 相干光通信系统的结构示意图相干光通信系统的结构示意图如图如

2、图10.1所示，光源发出频率为所示，光源发出频率为fs的的光脉冲，通过调制器将已经变成电信号的光脉冲，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，本振光源信号同时送到光电检测器接收，本振光源频率为光源频率为fs+fIF，信号光和本振光在满，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，得足波前匹配和偏振匹配的条件下混频，得到频率为到频率为fIF的中频信号，该信

3、号经过放大的中频信号，该信号经过放大后送到解调器解调，最终到达接收电路完后送到解调器解调，最终到达接收电路完成通信过程。成通信过程。相干光通信系统灵敏度的提高主要是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，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得到光电检测器的电流15：式中：式中：为光电检测量子效率，为光电检测量子效率，h为普为普朗克常量，朗克常量，e为电子电量，为电子电量，f为光频率，为光频率，Ps为信号光功率，为信号光功率，PL为本振光功率，为本振光功率，m为调为调制系数

4、，制系数，(t-g)为群延时，为群延时，s、L和和s、L分别为信号光和本振光的角频率和相位。分别为信号光和本振光的角频率和相位。)()cos()(2LsLsgLssttmPPhfeI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。AAitAtAjtAzA2333222

5、1612图图10.3 自锁模掺铒光孤子激光器自锁模掺铒光孤子激光器图图10.5 DFB激光器激光器/外调制孤子源外调制孤子源子相互作用的各种理论方法，揭示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。孤子相互作用的机制和规律。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

6、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。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。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Pir

7、ellicaviS.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,1000kmG.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,100

8、0kmG.652德国Kassel-Hannover 西班牙 Madrid-葡萄牙 Lisbon 现场试验的光通信系统相比，它具有以下的光通信系统相比，它具有以下多种优点：多种优点： 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

9、率和信号形式无限制，允许采用不同的速率和协议；协议； 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； 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

10、的需求，动态地改变网络结构，可进行恢的需求，动态地改变网络结构，可进行恢复、建立、拆除光波长的连接；复、建立、拆除光波长的连接； 由于采用了较多无源光器件，省去由于采用了较多无源光器件，省去了庞大的光了庞大的光/电电/光转换的设备及工作，可大光转换的设备及工作，可大幅提升网络整体的交换速度，提高可靠性。幅提升网络整体的交换速度，提高可靠性。图图10.8 不含波长变换器不含波长变换器OXC图图10.10 耦合交换耦合交换OXC结构结构图图10.11 基于波长交换基于波长交换OXC结构结构SOA交叉增益调制波长变换器结交叉增益调制波长变换器结构 简 单 、 与 偏 振 无 关 、 转 换 速 率 快构 简 单 、 与 偏 振 无 关 、 转 换 速 率 快(40Gbit/s左右左右)，缺点首先是输出的信号与，缺点首先是输出的信号与输入信号的极性正好相反，向短波长方向输入信号的极性正好相反，向短波长方向变换容易获得较高的消光比，信号向长波变换容易获得较高的消光比，信号向长波长方向变换时消光比明显下降，一般只有长方向变换时消光比明显下降，一般只有8dB左右。左右。采用采用SOA交叉相位调制波长变换交叉相位调制波长变换器可以克服交叉增益调制波长转换中消光器可以克服交叉增益调制波长转换中消光比降低的缺点。比降低的缺点。