光孤子及光孤子通信實(shí)現(xiàn)所面臨的困難

尹生妹

摘要 隨著人們對(duì)通信技術(shù)的要求越來(lái)越高,光孤子通信以其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)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(jī)理。隨后對(duì)實(shí)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(duì)于需要了解光孤子及光孤子通信方面問(wèn)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(hào)TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 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(shí)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(shí)，脈沖沿光纖傳播時(shí)就不會(huì)改變它的速度和形狀，在發(fā)生碰撞時(shí)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(shí)間還是空間，光孤子可分為兩種：時(shí)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(hào)幅度會(huì)減小，同時(shí)波形也會(huì)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(shì)，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(lái)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(kāi)始進(jìn)入實(shí)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(guó)和日本處在領(lǐng)先地位。目前的許多的實(shí)驗(yàn)都表明了光孤子通信在超長(zhǎng)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(wèn)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。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](méi)有看到一個(gè)投入使用的光孤子通信系統(tǒng)。這是因?yàn)樵趯?shí)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(wèn)題需要解決[3][4]。

1）要實(shí)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(shí)才行，同時(shí)用于通信的光孤子源要求它要具有體積小、成本低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。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?shí)驗(yàn)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(guò)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(huì)失真，因此也不是很理想；

2）光孤子在傳輸過(guò)程中，相鄰的光孤子間會(huì)產(chǎn)生相互影響。一般來(lái)說(shuō)，相鄰的同相光孤子就會(huì)相互吸引，由此光孤子會(huì)在光纖中產(chǎn)生周期性的碰撞，相鄰的反向光孤子就會(huì)相互排斥，由此相鄰的光孤子的間距會(huì)越來(lái)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(huì)受到影響，而孤子間的相互作用，雖然人們經(jīng)過(guò)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(huì)導(dǎo)致頻率帶寬不能被充分利用；

3）光纖損耗會(huì)使得孤子通信距離受到限制。我們?cè)谶M(jìn)行理論分析和模擬時(shí)，光纖的損耗都是被忽略的因素。不過(guò)在長(zhǎng)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(shí)，光孤子能量會(huì)不斷減少，這樣使得非線性效應(yīng)減弱，此時(shí)的非線性效應(yīng)與色散展寬平衡就被破壞了，這樣會(huì)導(dǎo)致光孤子的傳輸距離會(huì)因?yàn)楣饷}沖的展寬而大大縮短，面對(duì)這一難題，人們提出只要對(duì)光孤子進(jìn)行能量補(bǔ)償，就可以使光孤子能量恢復(fù)到原來(lái)，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(bǔ)償一次，經(jīng)過(guò)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(duì)光孤子進(jìn)能量補(bǔ)償，分布式光放大技術(shù)是采用受激拉曼散射放大器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，而受激拉曼散射放大器由于它對(duì)泵浦光源高要求和其自身的噪聲問(wèn)題，使得它離實(shí)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(jì)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(lái)進(jìn)行能量補(bǔ)償，而放大器的自發(fā)輻射噪聲會(huì)使得光孤子的幅度和相位發(fā)生隨機(jī)的變化，從而引起孤子定時(shí)抖動(dòng)，即Gordon一aus[5]效應(yīng)．而光孤子的時(shí)間抖動(dòng)會(huì)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(bǔ)償技術(shù)或在每一個(gè)放大器后加一個(gè)光濾波器的方法來(lái)減少光孤子的時(shí)間抖動(dòng)，但也仍存在一個(gè)最大無(wú)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(duì)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(shí)現(xiàn)，但光孤子通信所具有的優(yōu)點(diǎn)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(huì)不斷地解決，相信在不久的將來(lái)光孤子通信一定會(huì)被推廣和應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)

[1]許偉云光孤子傳輸技術(shù)研究[J].天津工程師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9.

[2]張妍.光孤子通信系統(tǒng)傳輸特性及其偏振模色散的研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)通信與系統(tǒng)專業(yè)，2004.

[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(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)，2007.

[4]陳金鷹，光孤子通信技術(shù)分析[J]．現(xiàn)代通信，2003，1：5-6．

[5]GordonJP.Interactionforeesamongsolitonsinoptiealfibers.opt.Lett.，8(1983)，596.