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光孤子通信介紹光孤子技術的出現,對於現代通信的發展起到了里程碑的作用。尤其在現代通信技術向大容量傳輸和延長中繼距離方向發展時,光孤子傳輸不變形的特點決定了它在通信領域裡應用的前景。

光孤子通信介紹光孤子技術的出現,對於現代通信的發展起到了里程碑的作用。尤其在現代通信技術向大容量傳輸和延長中繼距離方向發展時,光孤子傳輸不變形的特點決定了它在通信領域裡應用的前景。

  挑戰色散

  眾所周知,在光纖通信中,限制傳輸距離和傳輸容量的主要原因是「損耗」和「色散」。「損耗」使光信號在傳輸時能量不斷減弱;而「色散」則使光脈衝在傳輸中逐漸展寬。光纖的色散使得不同頻率的光波以不同的速度傳播,這樣,同時出發的光脈衝,由於頻率不同,傳輸速度就不同,到達終點的時間也就不同,這便形成脈衝展寬,使得信號畸變失真。現在隨著光纖製造技術的發展,光纖的損耗已經降低到接近理論極限值的程度,色散問題就成為實現超長距離和超大容量光纖通信的主要問題。

  光孤子通信作為全光非線性通信方案是消除色散的最佳途徑,其基本原理是光纖折射率的非線性(自相位調製)效應導致對光脈衝的壓縮可以與群速色散引起的光脈衝展寬相平衡,在一定條件(光纖的反常色散區及脈衝光功率密度足夠大)下,光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。另外它完全擺脫了光纖色散對傳輸速率和通信容量的限制的同時,其傳輸容量比當今最好的通信系統高出1~2個數量級,中繼距離可達幾百公里。

  從光孤子傳輸理論分析,光孤子是理想的光脈衝,因為它很窄,其脈衝寬度在皮秒級。這樣,就可使鄰近光脈衝間隔很小而不至於發生脈衝重疊,產生干擾。利用光孤子進行通信,其傳輸容量極大,可以說是幾乎沒有限制。傳輸速率將可能高達每秒兆比特。如此高速將意味著世界上最大的美國國會圖書館的全部藏書,只需要100秒就可以全部傳送完畢。近年來,光孤子通信取得了突破性進展。光纖放大器的應用對孤子放大和傳輸非常有利,它使孤子通信的夢想推進到實際開發階段。

  實現兩种放大

  實際上,光孤子在光纖的傳播過程中,不可避免地存在著損耗。不過光纖的損耗只降低孤子的脈衝幅度,並不改變孤子的形狀,因此,補償這些損耗成為光孤子傳輸的關鍵技術之一。目前有兩種補償孤子能量的方法,一種是採用分散式的光放大器的方法,即使用受激拉曼散解放大器或分佈的摻鉺光纖放大器;另一種是集總的光放大器法,即採用摻鉺光纖放大器或半導體激光放大器。

  利用受激拉曼散射效應的光放大器是一種典型的分散式光放大器。其優點是光纖自身成為放大介質,然而石英光纖中的受激拉曼散射增益係數相當小,這意味著需要高功率的激光器作為光纖中產生受激拉曼散射的泵浦源,此外,這种放大器還存在著一定的雜訊。集總放大方法是通過摻鉺光纖放大器實現的,其穩定性已得到理論和試驗的證明,成為當前孤子通信的主要放大方法。目前光放大被認為是全光孤子通信的核心問題。

  邁向全光網

  全光式光孤子通信,是新一代超長距離、超高碼速的光纖通信系統,更被公認為是光纖通信中最有發展前途、最具開拓性的前沿課題。光孤子通信和線性光纖通信比較有一系列顯著的優點:首先傳輸容量比最好的線性通信系統大1個~2個數量級;其次可以進行全光中繼。

  由於孤子脈衝的特殊性質使中繼過程簡化為一個絕熱放大過程,大大簡化了中繼設備,具有高效、簡便、經濟的特點。同時光孤子通信和線性光纖通信比,無論在技術上還是在經濟都具有明顯的優勢,光孤子通信在高保真度、長距離傳輸方面,優於光強度調製/直接檢測方式和相干光通信。

  正因為光孤子通信技術的這些優點和潛在發展前景引起業界的廣泛關注。經過不懈的努力已為實現超高速、超長距離無中繼光孤子通信系統奠定了理論基礎。在傳輸速度方面採用超長距離的高速通信,時域和頻域的超短脈衝控制技術以及超短脈衝的產生和應用技術使現行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上;在增大傳輸距離方面採用重定時、整形、再生技術和減少ASE,光學濾波使傳輸距離提高到100000公里以上;在高性能EDFA方面是獲得低雜訊高輸出EDFA。當然在實際的光孤子通信仍然存在許多技術的難題,但不可否認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中,有著光明的發展前景。

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