尹生妹

摘要 隨著人們對通信技術(shù)的要求越來越高,光孤子通信以其獨有的優(yōu)點被認(rèn)為是下一代光纖通信系統(tǒng)。本文從光孤子的概念出發(fā)，介紹了光孤子形成的機理。隨后對實現(xiàn)光孤子通信所面臨的一些難題進(jìn)行了總結(jié)分析。本文對于需要了解光孤子及光孤子通信方面問題的研究有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 光孤子；光孤子通信

中圖分類號TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0187-02

1 光孤子

光孤子的概念的是Hasegawa和Tappert在1973年首先提出的，并且從理論上預(yù)言了光學(xué)孤子的存在，但光孤子真正被觀察是在1980年，被L.F.M.llenauer等人，由此也就證實了Hasegawa的預(yù)言。

光孤子的形成得歸功于光纖中的非線性效應(yīng)和色散效應(yīng)，色散效應(yīng)可以使脈沖的加寬，而非線性效應(yīng)則恰好可以使脈沖的壓縮，當(dāng)色散效應(yīng)與非線性效達(dá)到平衡時，脈沖沿光纖傳播時就不會改變它的速度和形狀，在發(fā)生碰撞時也能不失真而繼續(xù)存在。根據(jù)光孤子在光纖傳輸?shù)闹胁蛔冃蔚陌j(luò)是依賴時間還是空間，光孤子可分為兩種：時間光孤子和空間光孤子。

2 光孤子通信

目前投入使用的基于線性光學(xué)原理的常規(guī)光纖通信系統(tǒng)中，由于色散跟光纖損耗的存在，脈沖信號幅度會減小，同時波形也會展寬，從而限制了系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸容量。而以非線性光學(xué)原理為基礎(chǔ)的光孤子通信將顯示出明顯的優(yōu)勢，它不僅可以克服光纖色散的制約，提高傳輸容量[1][2]，而且可以從根本上改變現(xiàn)有通信方式中使用中繼站所帶來的損耗和不便。

所謂的光孤子通信是將光纖中的孤子用作傳遞信息的載體，構(gòu)建一種新的光纖通信方案，是由Mollenauer等人在1987年提出的，但光孤子通信真正開始進(jìn)入實用化階段是在20世紀(jì)90年代末。在光孤子通信領(lǐng)域，美國和日本處在領(lǐng)先地位。目前的許多的實驗都表明了光孤子通信在超長距離、高速通信的可行性和巨大的的應(yīng)用前景。

3 光孤子通信的一些問題

由于光孤子采用了全光系統(tǒng)，光孤子通信還具有減少誤碼率，減少成本，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，接收系統(tǒng)更簡單等優(yōu)點。但是從光孤子通信的概念被提出到現(xiàn)在，為什么我們?nèi)匀粵]有看到一個投入使用的光孤子通信系統(tǒng)。這是因為在實際應(yīng)用中，由于光孤子本身的性質(zhì)，光孤子通信還有若干問題需要解決[3][4]。

1）要實現(xiàn)光孤子通信首先是要產(chǎn)生的光孤子。而要產(chǎn)生能在光纖中穩(wěn)定地傳輸光孤子，必需使光孤子源輸出的光脈沖為雙曲正割形，且振幅達(dá)到一定的峰值時才行，同時用于通信的光孤子源要求它要具有體積小、成本低、壽命長等特點。目前，光孤子源種類繁多，但能達(dá)到產(chǎn)生穩(wěn)定傳輸?shù)墓夤伦?，且在光孤子通信實驗系統(tǒng)中應(yīng)用的比較多的主要是DFB半導(dǎo)體激光器和鎖模半導(dǎo)體激。這兩種激光器輸出的脈沖雖經(jīng)光纖放大器放大后可獲得較理想峰值功率。但其在傳輸過程中，光脈沖中心部分在非線性自相位調(diào)制與色散效應(yīng)共同影響下會失真，因此也不是很理想；

2）光孤子在傳輸過程中，相鄰的光孤子間會產(chǎn)生相互影響。一般來說，相鄰的同相光孤子就會相互吸引，由此光孤子會在光纖中產(chǎn)生周期性的碰撞，相鄰的反向光孤子就會相互排斥，由此相鄰的光孤子的間距會越來越遠(yuǎn)。而光孤子通信一般采用歸零碼，不論是那種情況，通信的誤碼率和傳輸速率都會受到影響，而孤子間的相互作用，雖然人們經(jīng)過研究并也提出了一系列抑制孤子相互作用的方法，目前比較可行的是采用相鄰孤子不等振幅的傳輸方法，但效果也是很理想，這就會導(dǎo)致頻率帶寬不能被充分利用；

3）光纖損耗會使得孤子通信距離受到限制。我們在進(jìn)行理論分析和模擬時，光纖的損耗都是被忽略的因素。不過在長距離的傳輸中，線路損耗的影響是需要考慮的。當(dāng)光纖的損耗存在時，光孤子能量會不斷減少，這樣使得非線性效應(yīng)減弱，此時的非線性效應(yīng)與色散展寬平衡就被破壞了，這樣會導(dǎo)致光孤子的傳輸距離會因為光脈沖的展寬而大大縮短，面對這一難題，人們提出只要對光孤子進(jìn)行能量補償，就可以使光孤子能量恢復(fù)到原來，為此，在光孤子通信系統(tǒng)中，就需要在一定距離光纖線路進(jìn)行能量補償一次，經(jīng)過人們大量的研究，目前普遍采用分布式光放大技術(shù)和集總式光放大技術(shù)這兩種技術(shù)對光孤子進(jìn)能量補償，分布式光放大技術(shù)是采用受激拉曼散射放大器對光信號進(jìn)行放大，而受激拉曼散射放大器由于它對泵浦光源高要求和其自身的噪聲問題，使得它離實用化還有一定的距離，因此該方法也不是很理想。后者則是使用具有高增益、低噪聲、小損耗的集總式摻鉺光纖放大器，該放光器也是目前光孤子通信應(yīng)用的主體方案，但也還存一定的缺陷；

4）在目前設(shè)計的光孤子通信系統(tǒng)中，為了克服光纖損耗通常要用大量的放大器來進(jìn)行能量補償，而放大器的自發(fā)輻射噪聲會使得光孤子的幅度和相位發(fā)生隨機的變化，從而引起孤子定時抖動，即Gordon一aus[5]效應(yīng)．而光孤子的時間抖動會形成誤碼，由此限制了系統(tǒng)的傳輸距離，目前雖然也可采用色散補償技術(shù)或在每一個放大器后加一個光濾波器的方法來減少光孤子的時間抖動，但也仍存在一個最大無中繼站距離的限制。

4結(jié)論

光孤子具出色的傳輸特性，這引起人們不斷地對其進(jìn)行研究，目前，盡管要產(chǎn)生理想的光孤子所需要的嚴(yán)格的條件阻礙其在通信應(yīng)用方面的實現(xiàn)，但光孤子通信所具有的優(yōu)點決定了它在通信領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，隨著人們的不斷追求，難題將會不斷地解決，相信在不久的將來光孤子通信一定會被推廣和應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)

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[3]王志斌.光孤子在光纖中傳輸?shù)奶匦匝芯縖D].秦皇島：燕山大學(xué)測試計量技術(shù)及儀器專業(yè)，2007.

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