光纖通信系統(tǒng)第六章解析課件

上章的作業(yè)

P280：4.4，4.5，4.7，4.9

第六章

波分復(fù)用技術(shù)一、WDM系統(tǒng)的概況二、WDM復(fù)用器件1、角色散型（光刪型）2、干涉型3、單模光纖耦合器型三、非線性光學(xué)效應(yīng)的影響四、色散補償技術(shù)一、WDM系統(tǒng)的概況1、波分復(fù)用頻帶1）WDM，CWDM,DWDM和OFDM（波長間隔不同)2）WDM的復(fù)用頻帶(1530-1560)nmregioncalledC-band,(1570-1610)nmregioncalledL-band,(1480-1520)nmregioncalledS-band20nmDWDM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)波長最大頻率偏移8,16通路WDM系統(tǒng)的最大中心頻率偏移為+/-20GHz(約為0.16nm)，該值也為壽命終了值。

2、波分復(fù)用系統(tǒng)構(gòu)成原理12N波分復(fù)用器12N波分解復(fù)用器光功率放大器光線路放大器光線路放大器光前置放大器1

2

3

4

56

N光譜光譜波長波長單信道WDM信號3、DWDM系統(tǒng)實際組成1）主信道：完成多波長的信道復(fù)用和傳輸功能。包括有源的激光發(fā)射和接收部分、無源合波和分波部分、光纖傳輸和光放大部分。2）監(jiān)控信道(OSC)：OSC對使用光線路放大器的系統(tǒng)是必須的，完成網(wǎng)管、公務(wù)電話及其它信息的傳輸功能。使用一個單獨的波長進(jìn)行傳輸，其波長為1510nm。在一個站都具有3R功能。(定時、再生、整形

)3）網(wǎng)管系統(tǒng)：完成對整個DWDM系統(tǒng)的管理。DWDM系統(tǒng)的組成監(jiān)控信號不經(jīng)過光放大器

在發(fā)送端，通過插入本節(jié)點產(chǎn)生的波長為（1510nm）的光監(jiān)控（OSC）信號，來完成幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)的傳遞。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點或接收來自其他節(jié)點的開銷字節(jié)對DWDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)相連。為防止某段光纖中光監(jiān)控信道雙向都斷路,網(wǎng)元管理系統(tǒng)無法獲取網(wǎng)元的監(jiān)控信息,DWDM系統(tǒng)必須具有監(jiān)控通路的保護(hù)功能。

光監(jiān)控通路(OSC)的要求

(a)監(jiān)控通路不限制光放大器的泵浦波長；

(b)監(jiān)控通路不應(yīng)限制兩線路放大器之間的距離；

(c)監(jiān)控通路不能限制未來在1310nm波長的業(yè)務(wù)；

(d)線路放大器失效時監(jiān)控通路仍然可用；

(e)OSC傳輸應(yīng)該是分段的且具有3R功能和雙向傳輸功能。在每個光放大器中繼站上，信息能被正確的接收下來，而且還可附加上新的監(jiān)控信號；

(f)考慮在兩根光纖上傳輸?shù)碾p向系統(tǒng)，OSC在雙方向傳輸。以防一旦一根光纖被切斷后，監(jiān)控信息仍然能被線路終端接收到。

監(jiān)控通路的接口參數(shù)監(jiān)控波長

1510±10nm監(jiān)控速率

2Mb/s信號碼型

CMI信號發(fā)送功率

(0－-7dBm)光源類型光譜特性

MLMLD*最小接收靈敏度

-48dBm

根據(jù)光發(fā)送端是否采用OTU（光波長轉(zhuǎn)換器）來看，DWDM系統(tǒng)可分為集成式DWDM系統(tǒng)和開放式DWDM系統(tǒng)。集成式系統(tǒng)不需配置波長轉(zhuǎn)換器，其所承載的SDH終端具有滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長、滿足長距離傳輸?shù)墓庠础ｉ_放式系統(tǒng)就是在波分復(fù)用器前加入OTU，將SDH非規(guī)范的波長轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長。OTU對輸入端的信號波長沒有特殊要求，可以兼容任意廠家的SDH信號，OTU輸出端是滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長、滿足長距離傳輸?shù)墓庠础?/p>

開放式和集成式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放式DWDM系統(tǒng)光波長轉(zhuǎn)換器集成式DWDM系統(tǒng)2.5Gb/s有/無中繼放大器系統(tǒng)在G.652光纜上的色度色散容限值和目標(biāo)傳送距離應(yīng)用代碼

L

V

UnV3-y.2nL5-y.2nV5-y.2

nL8-y.2最大色散容納值(ps/nm)160024003200720080001200012800目標(biāo)傳送距離(km)80120

160360400600640L代表長距離;V代表很長距離;U代表超長距離

一個數(shù)字段的距離nWx-y.z的含義n是最大波長數(shù)目;W是代表中繼距離的字母，可為L、V或U,L代表長距離，V代表很長距離，U代表超長距離；x是該應(yīng)用代碼允許的最大中繼間隔的數(shù)目；y是該波長信號的最大比特率（STM（同步傳送模塊等級）等級）z是光纖類型，如：2代表G.652光纖

3代表G.653光纖

5代表G.655光纖可以充分利用光纖的巨大帶寬資源WDM技術(shù)的主要特點，使一根光纖的大容量長途傳輸時可以大。另外，對于早期安裝的芯數(shù)不多的光纜，芯數(shù)較少，利用波分復(fù)用不必對原有系統(tǒng)作較大的改動即可比較方便地進(jìn)行擴(kuò)容。由于同一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務(wù)信號的綜合和分離，包括數(shù)字信號和模擬信號，以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離。波分復(fù)用通道對數(shù)據(jù)格式是透明的，即與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)一個WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務(wù)”信號，ATM、IP或者將來有可能出現(xiàn)的信號。WDM系統(tǒng)完成的是透明傳輸，對于“業(yè)務(wù)”層信號來說WDM的每個波長就像“虛擬”的光纖一樣。在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和發(fā)展中，是理想的擴(kuò)容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的方便手段，增加附加波長即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量。利用WDM技術(shù)選路來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)，從而可能實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)。WDM技術(shù)的主要特點

傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍，節(jié)約成本。對各信道傳輸?shù)男盘柕乃俾?，格式，具有透明性，有利于?shù)字信號和模擬信號的兼容。

節(jié)省光纖和光中繼器，便于對已建成系統(tǒng)的擴(kuò)容。可提供波長選路，使建立透明的，具有高度生存性的WDW全光通信網(wǎng)成為可能。1、角色散型（光刪型）2、干涉型3、單模光纖耦合器型二、WDM復(fù)用器件無源器件對波分復(fù)用器件的主要要求2）帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭;3）溫度穩(wěn)定性好，工作穩(wěn)定、可靠；4）復(fù)用通路數(shù)多，尺寸小等。目前，WDM復(fù)用系統(tǒng)中常用的復(fù)用、解復(fù)用器主要有角色散型(光柵型)、干涉型、光纖方向耦合器型、光濾波器型。1）插入損耗小，隔離度大;1、角色散型角色散本領(lǐng):角色散本領(lǐng)是相距為單位波長的光波散開角度，其表達(dá)式為

Dθ=δθ/δλ色分辨本領(lǐng):色散本領(lǐng)只反映不同波長的譜線中心分離的程度，它不能說明兩條譜線是否重疊，色分辨本領(lǐng)可以反映器件分辨波長很接近的譜線的能力。

光學(xué)元件的色分辨本領(lǐng)定義為

R=λ/δλmin

式中，δλmin是瑞利判據(jù)所規(guī)定的角色散元件能夠分辨的兩譜線的最小波長差。a)用傳統(tǒng)的透鏡耦合b)用自聚焦透鏡耦合c)體光柵型解復(fù)用器結(jié)構(gòu)光柵型d為光柵常數(shù),k是光柵的衍射級數(shù),N是光柵的槽數(shù)?？梢?要得到性能好的光柵，總槽數(shù)N應(yīng)盡量多，光柵常數(shù)d應(yīng)盡量小，并盡量選用高的衍射級數(shù)。特點:

并行器件，它可以同時分開多路不同波長的信號，使各路的插損都差不多。

角色散本領(lǐng)色分辨本領(lǐng)光柵是指具有周期性透射或反射結(jié)構(gòu)的器件。當(dāng)不同頻率的光照射到光柵上時，由于衍射效應(yīng)，其透射或反射光將以不同的空間角度傳播。利用光柵的衍射現(xiàn)象，就可將不同頻率的光在空間進(jìn)行分波或合波自聚焦透鏡（1/4節(jié)距的自聚焦棒）折射率分布：近軸光線軌跡：從自聚焦透鏡端面上某一點入射的光線，經(jīng)過1/4節(jié)距的自聚焦透鏡后，斜率相等，即變?yōu)槠叫泄猓簿褪钦f，1/4節(jié)距的自聚焦透鏡具有準(zhǔn)直作用。為節(jié)距2、干涉型（1）干涉膜濾波器型多層介質(zhì)薄模自聚焦透鏡構(gòu)成:自聚焦透鏡自聚焦透鏡自聚焦透鏡通帶寬度約13nm，隔離度≥25dB，回波損耗≥55dB，插入損耗≤4dB。

薄膜濾波器是將多層介質(zhì)膜置于2個1/4節(jié)距的自聚焦透鏡之間，利用多層介質(zhì)膜的干涉效應(yīng)，制成對某一波長透明的帶通濾波（BWDM），當(dāng)復(fù)用的波長旁軸入射時，只有一個波長透射，其它波長則反射。數(shù)個這樣的復(fù)用器連在一起，就可構(gòu)成密集波分復(fù)用器。這種產(chǎn)品的一般性能為：通帶寬度約13nm，隔離度≥25dB，回波損耗≥55dB，插入損耗≤4dB。多層介質(zhì)薄膜相位差：透射波長：m是整數(shù)。θ薄膜透射性質(zhì)1安裝在自聚焦軸上的波分復(fù)用器件采用光垂直入射到干涉膜上,消除偏振敏感性特點:干涉膜濾光片型解復(fù)用器具有插損小、隔離度高、工作穩(wěn)定等優(yōu)點;通帶特性好,邊沿陡峭,頂部有較大的平頂,對波長漂移的容差較大;但它是一種串行器件，當(dāng)復(fù)用路數(shù)較多時，各路的插損差異較大。（16）以下干涉膜型解復(fù)用器特性示例（2）Mach-Zahnder濾波器型2X2M-Z復(fù)用器3db分路器3db合路器LL+ΔL包括三部分：對輸入信號進(jìn)行分路的初始3db耦合器；中心部分是長度相差ΔL的兩根波導(dǎo)，用來在兩臂產(chǎn)生與長度有關(guān)的相移；最后是在輸出端將信號復(fù)合的3db耦合器，這樣安排的作用是通過分裂光束以及在一條引進(jìn)一個相移，重組的信號將在一個輸出端產(chǎn)生相加干涉，而在另一個輸出端產(chǎn)生相消性干涉，信號最后只會在一個端口出現(xiàn)。λ1λ2λ1λ2基于M-Z濾波器的四波分復(fù)用器集成光器件，可作為波長路由器；對溫度較為敏感鄰近信道隔離度較差.（3）陣列波導(dǎo)光柵ArrayedWaveguideGrating常數(shù)它是2X2M-Z復(fù)用器的推廣，有N個輸入端口和N個輸出端口的平板波導(dǎo)以及由傳播常數(shù)為β的N個無耦合的波導(dǎo)連接的兩個有相同平面的星型耦合器。在中心區(qū)域相鄰波導(dǎo)的長度差為常數(shù)值ΔL，形成了一個M-Z類型的光柵。陣列波導(dǎo)光柵的濾波特性3、單模光纖耦合器型用途：多路復(fù)用，雙路解復(fù)用

2X2用于復(fù)用波長數(shù)目較多的場合1234…13…24…=100GHz=50GHz波長信道交織器(Interleaver)三、非線性光學(xué)效應(yīng)的影響光纖通信主要受三階非線性光學(xué)效應(yīng)影響非線性折射率調(diào)制：自相位調(diào)制(SPM)

交叉相位調(diào)制(XPM)

四波混頻(FWM)受激光散射：受激喇曼散射(SRS)

受激布里淵散射(SBS)

1.三階非光學(xué)效應(yīng)的分類2.受激光散射的物理機(jī)理3.受激喇曼散射對WDM系統(tǒng)的影響與光信號的傳輸方向一致兩個信道都是“1”碼時，這種現(xiàn)象最嚴(yán)重4、折射率的非線性調(diào)制

石英光纖的折射率被光強調(diào)制

n2是三階非線性極化系數(shù)有關(guān)的量，稱為非線性折射率系數(shù)，其值為2.2-3.4x10-20m2/W1）自相位調(diào)制（SPM）光纖有效橫截面積,標(biāo)準(zhǔn)非色散位移單模光纖:80um2；色散位移光纖為５５um2;色散補償光纖為20um2導(dǎo)致頻率啁啾

SPM產(chǎn)生的頻率啁啾在一定條件下可以與群速度色散相抵消，可以補償群速度色散——光孤子通信。

2）交叉相位調(diào)制對WDM系統(tǒng)造成影響光纖的正色散區(qū)域3）四波混頻(FWM)四光子混頻，產(chǎn)生新的頻率成分引起WDM復(fù)用信道間的串?dāng)_需要滿足相位匹配條件，而色散是打破相位匹配條件的因素G.653色散位移光纖不適合WDM，非零色散位移光纖應(yīng)運而生。四波混頻對WDM系統(tǒng)的影響四、色散補償技術(shù)1、群速度色散

對G652光纖，在1.55um為正色散(D為正)，越短，vg越大，時延越小.（高頻部分傳播速度快，低頻部分傳播速度慢）2、常用的色散補償方法

1）色散補償光纖

2）啁啾光纖光柵

3)色散管理技術(shù)：預(yù)補償，后補償。負(fù)色散光纖結(jié)構(gòu)基于基模LP01模色散補償光纖折射率的分布采用較小的光纖芯徑和適當(dāng)?shù)恼凵渎试O(shè)計得到較大的光纖波導(dǎo)色散，從而使得該光纖在＝1.55m處呈現(xiàn)較大的負(fù)色散。負(fù)色散光纖的色散值可達(dá)到-300ps/nm.km補償光纖品質(zhì)因數(shù)可達(dá)-300ps/nm/dB

經(jīng)DCF補償前經(jīng)DCF補償后光纖通信新技術(shù)一、相干光通信二、光孤子通信技術(shù)三、全光通信網(wǎng)一、相干光通信

相干光通信系統(tǒng)可以把光頻段劃分為許多頻道，從而使光頻段得到充分利用，即多信道光纖通信。 與強度調(diào)制—直接檢測系統(tǒng)不同，相干光纖通信系統(tǒng)在光接收機(jī)中增加了外差或零差接收所需的本地振蕩光源，該光源輸出的光波與接收到的已調(diào)光波在滿足波前匹配和偏振匹配的條件下，進(jìn)行光波混頻。相干光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖（一）、相干光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 如圖所示，光源發(fā)出頻率為fs的光脈沖，通過調(diào)制器將已經(jīng)變成電信號的信號源調(diào)制到光脈沖包絡(luò)上，通過長距離線路傳輸后，到達(dá)接收端，接收端采用外差技術(shù)，首先通過耦合器將光信號和本振光源信號同時送到光電檢測器接收，本振光源頻率為fs+fIF，信號光和本振光在滿足相位匹配和偏振匹配的條件下混頻，得到頻率為fIF的中頻信號，該信號經(jīng)過放大后送到解調(diào)器解調(diào)，最終到達(dá)接收電路完成通信過程。 相干光通信系統(tǒng)靈敏度的提高主要是因為它采用了本地振蕩得到了一定的增益，根據(jù)無線電知識中外差接收技術(shù)知識可以得到光電檢測器的電流［15］：

式中：η為光電檢測量子效率，h為普朗克常量，e為電子電量，f為光頻率，Ps為信號光功率，PL為本振光功率，m為調(diào)制系數(shù)，(t-τg)為群延時，ωs、ωL和φs、φL分別為信號光和本振光的角頻率和相位。（

二）、相干光通信關(guān)鍵技術(shù)1.光源技術(shù) 相干光纖通信系統(tǒng)中對信號光源和本振光源的要求比較高，它要求光譜線窄、頻率穩(wěn)定度高。2.調(diào)制技術(shù) 一般相干光通信的光調(diào)制有半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制和光波導(dǎo)型外調(diào)制兩種。半導(dǎo)體激光器直接調(diào)制技術(shù)一般是采用具有動態(tài)單縱模特性的DFB激光器來進(jìn)行直接調(diào)制，采用該技術(shù)在調(diào)制過程中可以使光譜保持良好的窄譜特性，同時頻率也較穩(wěn)定。3.接收技術(shù) 相干光通信的接收技術(shù)包括兩部分，一部分是光的接收技術(shù)，另一部分是中頻之后的各種制式的解調(diào)技術(shù)

(1)平衡接收法

在FSK制式中，由于半導(dǎo)體激光器在調(diào)制過程中，難免帶有額外的幅度調(diào)制噪聲，利用平衡接收方法可以減少調(diào)幅噪聲。(2)相位分集接收法 除了調(diào)幅噪聲外，如果本振光相位和信號光相位有相對起伏，就將產(chǎn)生相位噪聲，嚴(yán)重影響接收效果。(3)偏振控制技術(shù) 前面已經(jīng)指出：相干光通信系統(tǒng)接收端必須要求信號光和本振光的偏振同偏，才能取得良好的混頻效果，提高接收質(zhì)量。二、光孤子通信技術(shù)什么是光孤子

孤子（Soliton）又稱孤立波，是一種特殊形式的超短脈沖，或者說是一種在傳播過程中形狀、幅度和速度都維持不變的脈沖狀行波。有人把孤子定義為：孤子與其他同類孤立波相遇后，能維持其幅度、形狀和速度不變。

孤子這個名詞首先是在物理的流體力學(xué)中提出來的。1834年，美國科學(xué)家約翰·斯科特·羅素觀察到這樣一個現(xiàn)象：在一條窄河道中，迅速拉一條船前進(jìn)，在船突然停下時，在船頭形成的一個孤立的水波迅速離開船頭，以每小時14～15km的速度前進(jìn)，而波的形狀不變，前進(jìn)了2～3km才消失。他稱這個波為孤立波。

其后，1895年，卡維特等人對此進(jìn)行了進(jìn)一步研究，人們對孤子有了更清楚的認(rèn)識，并先后發(fā)現(xiàn)了聲孤子、電孤子和光孤子等現(xiàn)象。從物理學(xué)的觀點來看，孤子是物質(zhì)非線性效應(yīng)的一種特殊產(chǎn)物。從數(shù)學(xué)上看，它是某些非線性偏微分方程的一類穩(wěn)定的、能量有限的不彌散解。即是說，它能始終保持其波形和速度不變。孤立波在互相碰撞后，仍能保持各自的形狀和速度不變，好像粒子一樣，故人們又把孤立波由于孤子具有這種特殊性質(zhì)，因而它在等離子物理學(xué)、高能電磁學(xué)、流體力學(xué)和非線性光學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用。

1973年，孤立波的觀點開始引入到光纖傳輸中。在頻移時，由于折射率的非線性變化與群色散效應(yīng)相平衡，光脈沖會形成一種基本孤子，在反常色散區(qū)穩(wěn)定傳輸。由此，逐漸產(chǎn)生了新的電磁理論——光孤子理論，從而把通信引向非線性光纖孤子傳輸系統(tǒng)這一新領(lǐng)域。光孤子（soliton）就是這種能在光纖中傳播的長時間保持形態(tài)、幅度和速度不變的光脈沖。利用光孤子特性可以實現(xiàn)超長距離、超大容量的光通信。

光孤子通信

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”則是使光脈沖在傳輸中逐漸展寬。所謂光脈沖，其實是一系列不同頻率的光波振蕩組成的電磁波的集合。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(fā)的光脈沖，由于頻率不同，傳輸速度就不同，到達(dá)終點的時間也就不同，這便形成脈沖展寬，使得信號畸變失真?，F(xiàn)在隨著光纖制造技術(shù)的發(fā)展，光纖的損耗已經(jīng)降低到接近理論極限值的程度，色散問題就成為實現(xiàn)超長距離和超大容量光纖通信的主要問題。

光纖的色散是使光信號的脈沖展寬，而光纖中還有一種非線性的特性，這種特性會使光信號的脈沖產(chǎn)生壓縮效應(yīng)。光纖的非線性特性在光的強度變化時使頻率發(fā)生變化，從而使傳播速度變化。在光纖中這種變化使光脈沖后沿的頻率變高傳播速度變快；而前沿的頻率變低、傳播速度變慢。這就造成脈沖后沿比前沿運動快，從而使脈沖受到壓縮變窄。

如果有辦法使光脈沖變寬和變窄這兩種效應(yīng)正好互相抵消，光脈沖就會像一個一個孤立的粒子那樣形成光孤子，能在光纖傳輸中保持不變，實現(xiàn)超長距離、超大容量的通信。

光孤子通信是一種全光非線性通信方案，其基本原理是光纖折射率的非線性（自相位調(diào)制）效應(yīng)導(dǎo)致對光脈沖的壓縮可以與群速色散引起的光脈沖展寬相平衡，在一定條件（光纖的反常色散區(qū)及脈沖光功率密度足夠大）下，光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。它完全擺脫了光纖色散對傳輸速率和通信容量的限制，其傳輸容量比當(dāng)今最好的通信系統(tǒng)高出1~2個數(shù)量級，中繼距離可達(dá)幾百km它被認(rèn)為是下一代最有發(fā)展前途的傳輸方式之一。

從光孤子傳輸理論分析，光孤子是理想的光脈沖，因為它很窄，其脈沖寬度在皮秒級（ps，即s）。這樣，就可使鄰近光脈沖間隔很小而不至于發(fā)生脈沖重疊，產(chǎn)生干擾。利用光孤子進(jìn)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(dá)每秒兆比特。如此高速將意味著世界上最大的圖書館――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。由此可見，光孤子通信的能力何等巨大。

主要技術(shù)內(nèi)容

近年來，光孤子通信取得了突破性進(jìn)展。光纖放大器的應(yīng)用對孤子放大和傳輸非常有利，它使孤子通信的夢想推進(jìn)到實際開發(fā)階段。光孤子在光纖中的傳輸過程需要解決如下問題：光纖損耗對光孤子傳輸?shù)挠绊?，光孤子之間的相互作用，高階色散效應(yīng)對光孤子傳輸?shù)挠绊懸约皢文９饫w中的雙折射現(xiàn)象等。由此需要涉及到的技術(shù)主要有：

適合光孤子傳輸?shù)墓饫w技術(shù)。研究光孤子通信系統(tǒng)的一項重要任務(wù)就是評價光孤子沿光纖傳輸?shù)难莼闆r。研究特定光纖參數(shù)條件下光孤子傳輸?shù)挠行Ь嚯x，由此確定能量補充的中繼距離，這樣的研究不但為光孤子通信系統(tǒng)的設(shè)計提供數(shù)據(jù)，而且通常導(dǎo)致新型光纖的產(chǎn)生。

光孤子源技術(shù)。光孤子源是實現(xiàn)超高速光孤子通信的關(guān)鍵。根據(jù)理論分析，只有當(dāng)輸出的光脈沖為嚴(yán)格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件時，光孤子才能在光纖中穩(wěn)定地傳輸，目前，研究和開發(fā)的光孤子源種類繁多，有拉曼孤子激光器、參量孤子激光器、摻餌光纖孤子激光器、增益開關(guān)半導(dǎo)體孤子激光器和鎖模半導(dǎo)體孤子激光器等?，F(xiàn)在的光孤子通信試驗系統(tǒng)大多采用體積小、重復(fù)頻率高的增益開關(guān)DFB半導(dǎo)體激光器或鎖模半導(dǎo)體激光器作光孤子源。它們的輸出光脈沖是高斯形的，且功率較小，但經(jīng)光纖放大器放大后，可獲得足以形成光孤子傳輸?shù)姆逯倒β?。理論和驗均已證明光孤子傳輸對波形要求并不嚴(yán)格。高斯光脈沖在色散光纖中傳輸時，由于非線性自相位調(diào)制與色散效應(yīng)共同作用，光脈沖中心部分可逐漸演化為雙曲正割形光孤子放大技術(shù)。全光孤子放大器對光信號可以直接放大，避免了目前光通信系統(tǒng)中光/電、電/光的轉(zhuǎn)換模式。它既可作為光端機(jī)的前置放大器，又可作為全光中繼器，是光孤子通信系統(tǒng)極為重要的器件。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沖幅度，并不改變孤子的形狀，因此，補償這些損耗成為光孤子傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一。目前有兩種補償孤子能量的方法，一種是采用分布式的光放大器的方法，即使用受激拉曼散解放大器或分布的摻鉺光纖放大器；另一種是集總的光放大器法，即采用摻鉺光纖放大器或半導(dǎo)體激光放大器。利用受激拉曼散射效應(yīng)的光放大器是一種典型的分布式光放大器。其優(yōu)點是光纖自身成為放大介質(zhì)，然而石英光纖中的受激拉曼散射增益系數(shù)相當(dāng)小，這意味著需要高功率的激光器作為光纖中產(chǎn)生受激拉曼散射的泵浦源，此外，這種放大器還存在著一定的噪聲。集總放大方法是通過摻鉺光纖放大器實現(xiàn)的，其穩(wěn)定性已得到理論和試驗的證明，成為當(dāng)前孤子通信的主要放大方法。光放大被認(rèn)為是全光孤子通信的核心問題。

光孤子開關(guān)技術(shù)。在設(shè)計全光開關(guān)時，采用光孤子脈沖作輸入信號可使整個設(shè)計達(dá)到優(yōu)化，光孤子開關(guān)的最大特點是開關(guān)速度快（達(dá)10-2s量級），開關(guān)轉(zhuǎn)換率高（達(dá)100%），開關(guān)過程中光孤子的形狀不發(fā)生改變，選擇性能好。

發(fā)展前景

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(tǒng)，更被公認(rèn)為是光纖通信中最有發(fā)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(yōu)點：一、傳輸容量比最好的線性通信系統(tǒng)大1個~2個數(shù)量級；二、可以進(jìn)行全光中繼。由于孤子脈沖的特殊性質(zhì)使中繼過程簡化為一個絕熱放大過程，大大簡化了中繼設(shè)備高效、簡便、經(jīng)濟(jì)。光孤子通信和線性光纖通信比，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)都具有明顯的優(yōu)勢，光孤子通信在高保真度、長距離傳輸方面，優(yōu)于光強度調(diào)制/直接檢測方式和相干光通信。正因為光孤子通信技術(shù)的這些優(yōu)點和潛在發(fā)展前景，國際國內(nèi)這幾年都在大力研究開發(fā)這一技術(shù)。迄今為止的研究已為實現(xiàn)超高速、超長距離無中繼光孤子通信系統(tǒng)奠定了理論的、技術(shù)的和物質(zhì)的基礎(chǔ)：一.孤子脈沖的不變性決定了無需中繼；

二.光纖放大器，特別是用激光二極管泵浦的摻鉺光纖放大器補償了損耗；

三.光孤子碰撞分離后的穩(wěn)定性為設(shè)計波分復(fù)用提供了方便；

四.采用預(yù)加重技術(shù)，且用色散位移光纖傳輸，摻鉺光纖集總信號放大，這樣便在低增益的情況下減弱了ASE的影響，擴(kuò)大了中繼距離；

五.導(dǎo)頻濾波器有效地減小了超長距離內(nèi)噪聲引起的孤子時間抖動；

六.本征值通信的新概念使孤子通信從只利用基本孤子拓寬到利用高階孤子，從而可增加每個脈沖所載的信息量。光孤子通信的這一系列進(jìn)展使目前的孤子通信統(tǒng)實驗已達(dá)到傳輸速率10~20Gbit/s，傳輸距離13000~20000公里的水平。

光孤子技術(shù)未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使現(xiàn)行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時，整形，再生技術(shù)和減少ASE，光學(xué)濾波使傳輸距離提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當(dāng)然實際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)的難題，但目前已取得的突破性進(jìn)展使我們相信，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(tǒng)中,有著光明的發(fā)展前景。三、全光通信網(wǎng)（一）全光網(wǎng)概述 全光網(wǎng)絡(luò)(All-OpticalNetworks，AON)技術(shù)是指光信息流在網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)用傳輸及交換時始終以光的形式存在。 它具備更強的可管理性、靈活性、透明性與傳統(tǒng)通信網(wǎng)和現(xiàn)行的光通信系統(tǒng)相比，它具有以下多種優(yōu)點：①可提供更大的帶寬，因為全光網(wǎng)對信號的交換都在光域內(nèi)進(jìn)行，可最大限度地利用光纖的傳輸容量；②具有傳輸透明性，因為采用的光路交換以波長來選擇路由，因此