第11章光孤子通信系统

第十一章光孤子通信系统11.1光纤孤子的传输控制11.2多信道光孤子系统11.1光纤孤子的传输控制11.1.1光孤子通信技术的基本原理1.非线性薛定谔方程及解法 根据光学知识，光脉冲可以用下列式子表示：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。 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］： 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.常见的光孤子源 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。(1)自锁模掺铒光孤子激光器 自锁模掺铒光孤子激光器原理图如图11.3所示。图11.3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/外调制孤子源 目前最简单也用得比较多的孤子源是如图11.5所示的DFB激光器/外调制激光器。图11.5DFB激光器/外调制孤子源(4)DFB激光器/集成调制孤子源 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。11.1.2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。1.理论研究进展 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。 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。2.色散管理孤子 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， 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.光孤子通信实用化研究进程 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11.2给出了其中三个项目的基本情况。11.2多信道光孤子系统11.2.1多信道光孤子系统 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存在。 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比，它具有以下多种优点：①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，可最大限度地利用光纤的传输容量；②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、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协议；③具有更高的处理速度和更低的误码率；④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的宽带综合业务数字网以及网络的升级；⑤具备良好的扩展性能，网络可同时扩展用户、容量和种类，新节点的加入并不会影响原来网络结构和原有各节点设备；⑥具备可重构性，可以根