光纤通信技术调研报告

光纤通信技术现状综述

信息工程学院通信工程赵爱杰20092420253

导读

概述

主要技术

相干光通信技术

概念

关键技术

主要优势

光孤子通信技术

概念

关键技术

主要优势

全光通信网

概念

关键技术

主要优势

总结

参考网站

概述

光纤通信，顾名思义，就是利用光导纤维传导经过调制而携带信息的光信号，实现信息传递的通信方式。光纤通信技术发展历史并不长，1966年高锟发表论文《Dielectric-Fibre surface waveguides for optical frequencies》奠定了光纤技术进入实用的里程碑。经过短短几十年发展，现在光纤技术已经以其突出优势在通信领域得到了广泛应用。

光纤技术相比其他通信技术，具有其无与伦比的优越性，其中最突出的就是其超大容量：理论上讲，一根头发丝粗细的光纤可同时传输1000亿个话路，虽然目前如此高的传输量仍未达到，但相比明线、双绞线、同轴电缆、无线信道这些传统传输介质，其传输能力仍然高出几十甚至上千倍，而把若干根光纤聚集成光缆的传输信息量就可想而知了。所以可以预见，当下乃至未来若干年的信息爆炸时代，光纤通信将逐步成为信息传输的主流技术。

其次，光纤技术还有很多传统传输技术无法比拟的有点，如传输距离长、保密性能好、适应能力强、抗干扰性好、体积小重量轻，便于施工维护、制造原料来源广，生产成本低廉等。

主要技术

目前光纤通信的主要技术有：相干光通信技术，光孤子通信技术，全光通信

网等，下面注意作简要介绍：

相干光通信技术：

所谓相干光技术就是在光通信中使用相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用传输信号来控制光载波的频率、相位和幅度。外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入信号在光混频器中进行混频，得到与信号光频率、相位和幅度按相同规律变化的中频信号的技术。

在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上传输，当信号光到达接收端时，首先与一束本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需要二次解调才能被转换成基带信号。后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。

关键技术：

1）外光调制技术，光调制是根据某些电光或声光晶体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化的物理现象而提出的。外光调制器主要包括三种：利用电光效应制成的电光调制器、利用声光效应制成的声光调制器和利用磁光效应制成的磁光调制器。采用以上外调制器，可以完成对光载波的振幅、频率和相位的调制。

2）偏振保持技术，在相干光通信中，相干探测要求信号光束与本振光束必须有相同的偏振方向，才能获得相干接收所能提供的高灵敏度，所以在相干光通信中应采取光波偏振稳定措施。主要有两种方法：一是采用“保偏光纤”使光波在传输过程中保持光波的偏振态不变；二是使用普通单模光纤，在接收端采用偏振分集技术，信号光与本振光混合后首先分成两路作为平衡接收，对每一路信号又采用偏振分束镜分成正交偏振的两路信号分别检测，然后进行平方求和，最后对两路平衡接收信号进行判决，选择较好的一路作为输出信号。

3）频率稳定技术，激光器稳频技术主要有三种，(1)将激光器的频率稳定在某种原子或分子的谐振频率上。在1.5μm波长上，已经利用氨、氪等气体分子实现了对半导体激光器的频率稳定；(2) 利用光生伏特效应、锁相环技术、主激光器调频边带的方法实现稳频；(3)利用半导体激光器工作温度的自动控制、注入电流的自动控制等方法实现稳频。

相干光通信技术相对于传统的光强度调制有突出有点：

1）灵敏度高，中继距离长，相干光通信的一个最主要优点是相干检测能改善接收机的灵敏度。相同条件下，相干接收机比普通接收机灵敏度高20dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离。

2）选择性好，通信容量大，相干光通信提高了接收机的选择性，在直接检测中，接收波段较大，为抑制噪声干扰，探测器通常需要放置窄带滤光片，但其频带仍然很宽。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此只有在中频频带内的噪声才能进入系统，而其他噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能。此外，由于相干检测优良的波长选择性，相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小，从而实现密集波分复用，具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。

3）具有多种调制方式，传统光通信系统中，只能使用强度调制方式对光进行调制。而相干光通信中，除了可以进行幅度调制外，还可以使用PSK、DPSK、QAM等多种调制格式，利于灵活的工程应用，相对于传统光接收机只响应光功率的变化，相干探测可以探测出光的振幅、频率、相位、偏振态携带的所有信息，因此相干探测是一种全息探测技术。

相干光通信得到迅速的发展，特别是对于超长波长(2～10 μm)光纤通信来说，相干光通信最具吸引力。因为在超长波段，由瑞利散射决定的光纤固有损耗将进一步大幅度降低(瑞利散射损耗与1/λ?4成正比)，故从理论上讲，在超长波段可实现光纤跨洋无中继通信。而在超长波段，直接探测接收机的性能很差，于是相干探测方式自然而然地成为唯一的选择了。

超长波长光纤通信系统是以超长波长光纤作为传输介质，利用相干光通信技术实现超长距离通信。在该系统中超长波长光纤是至关重要的。它是一种更为理想的传输媒介，其主要特性是损耗特低，只有石英材料的千万分之一。因此，超长波长光纤可以实现数万公里传输，而不要中继站。它可以大幅度降低通信成本，提高系统的稳定性和可靠性，对海底通信和沙漠地区更具有特别重要的意义。

光孤子通信技术：

光孤子即是理想的光脉冲，由于其很窄，脉冲宽度在皮秒级，这样即可使相邻脉冲间隔很小而不至于发生脉冲重叠吗，产生干扰。利用光脉冲通信其容量可以说几乎是没有限制的，传输速率可达每秒兆比特。

光孤子通信是一种全光非线性通信方案，其基本原理是光纤折射率的非线性（自相位调制）效应导致对光脉冲的压缩可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡，在一定条件（光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大）下，光孤子能够长距离不变形地在光纤中传输。它完全摆脱了光纤色散对传输速率和通信容量的限制，其传输容量比原来最好的通信系统高出1~2个数量级，中继距离可达几百公里，被认为是下一代最有发展前途的传输方式之一。

光孤子通信关键技术：

1）光孤子源，光孤子源是实现超高速光孤子通信的基础，应能直接产生具有双曲正割(sech)形式的基阶光孤子，目前光孤子通信试验系统大多采用体积小、重复频率高的增益开关分布反射（DFB）半导体激光器或锁模半导体激光器作为孤子光源，所输出的脉冲均为高斯形，因而功率较小。

2）光孤子放大，目前所应用的孤子放大技术有两种，一种是分布式光放大技术，最大的特点是可以对光信号直接进行放大，所使用的是受激喇曼散射（SRS）放大器或分布式掺饵光纤放大器（EDFA）。

3）ASE噪声控制。

主要优势：

1）传输容量比最好的线性通信系统大1~2个数量级；

2）可以进行全光中继，由于光孤子脉冲的特殊性质使中继过程简化为一个绝热放大过程，大大简化了中继设备，高效、便捷、经济；

在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时，整形，再生技术和减少ASE，光学滤波