文档介绍：第二十四讲光孤子通信技术
主要内容
一、光孤子通信的定义
二、光孤子形成的原因
三、光孤子通信系统的构成及工作原理
光孤子通信的定义
光孤子——是经光纤长距离传输之后,其幅度和波形宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。
光孤子通信——是利用光孤子作为载体的通信方式。
光孤子形成的原因
光孤子的形成是光纤的色散与非线性效应相互平衡的结果。
色散——使经过光纤传输一定距离后的光信号出现波形展宽的现象。
非线性效应——在入射光功率较强的条件下,光纤折射率随光强度变化的现象。
非线性效应
在强光作用下,光纤的n可以表示为
这种折射率随光强变化的特性称为克尔效应。
设波长为λ,光强为的光脉冲在长度为L的光纤中传输,则光强感应的折射率变化,由此引起的相位变化为
这种使脉冲不同部位产生不同相移的特性,称为自相位调制(SPM)。SPM引起脉冲载波频率随时间的变化为
该频移使脉冲频率改变分布,在脉冲下降部分,频率升高,在脉冲上升部分,频率降低,这种现象即脉冲被线性调频或称为啁啾。
设已调波的频谱较窄,近似单色平面波,则由于克尔效应,其传播常数β为
式中P为光功率。Aeff为有效光纤截面积。将该式β0在和P=0附近级数展开,可得
式中右边第三项和第四项正好体现的是光纤的色散和非线性效应,因此,只要适当选择相关参数,使这两项的绝对值相等,则光纤色散和非线性效应便相互抵消,使输入脉冲宽度保持不变,形成稳定的光孤子。
光孤子通信系统的构成框图
孤子源
调制
脉冲源
探测
EDFA
EDFA
EDFA
EDFA
光纤传输系统
隔离器
光孤子通信系统工作原理
光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲(即光孤子流),作为信息载体进入光调制器,使信息对光孤子进行调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后,进入光纤中传输。为克服光纤损耗带来的光孤子减弱,在光纤线路上周期性地插入EDFA,向光孤子注入能量,以补偿光纤传输而引起的能量损耗,确保光孤子稳定传输。在接收端,通过光检测器和解调装置,恢复光孤子所承载的信息。