光孤子在光纤通信的应用 文献综述

光孤子在光纤通信的应用

学院：电气工程学院专业：通信1202班

摘要：光纤通信系统不断地发展，光孤子通信即将被使用在其中，这是新技术的一场革命。论文即将涉及光纤通信的发展过程，并对光孤子关键技术的原理及其动态和发展进行论述。使我们进一步了解光孤子在光纤通信的应用。

关键词：光孤子；光纤通信

1引言

光纤通信应用越来越广泛，慢慢在有线网络的各个领域都有涉及，成为了通信网络发展的大趋势。当前的光纤网络具有很多的优点，通信容量大，远距离传输损耗低，传输质量好，抗电磁干扰等等优点，我相信，全光网络很快即将到来。信息传递会更方便。在未来，我们的通信技术会更加完善。

我们所学习的光纤通信是经过漫长的发展才形成，从最初的烽火台传递信息，到近代19世纪Bell发明了最初的光电话，利用阳光和硒晶体，光电话通过200米的大气空间，最终传送了语音信号，实现了信息的传递。之后虽然光通信技术进展缓慢，但在1960年激光器的发明，由此产生的强相干光为光通信提供了可靠的光源，随后光纤的出现大大促进光纤通信的发展。

2光孤子

通信技术不断发展，不同技术的应用：波分复用，光放大器技术，光接入网，推动了光通信技术技术不断的演进。我相信，作为最前沿的研究，光纤孤子通信即将成为第5代光通信系统的核心技术。光纤孤子即光孤子，在19世纪英国工程师S.Russell发现船在行驶过程中，它最前方水峰基本保持不变，从而提出了孤立波的概念，在1965年，美国科学家N.J.Zabusky在研究等离子体孤立波的碰撞过程中，发现孤立波相互碰撞后，不会产生太大的变化。依然保持形状和速度不变，并保持能量和动量守恒。1973年的时候，“光孤子”首先被A.Hasegawa 和F.Tappert提出，1980年，F.Mollenaure等人最先从实验室中观测到了光纤中的时间光孤子，从此开始了光孤子通信的研究。

光孤子，是一种特殊形式的超短脉冲，光孤子在传播过程中，它的形状，幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。在未来，这种稳定的脉冲必然是发展趋势。

3光孤子通信系统的基础和组成

3.1光孤子通信基础

科学家发现光孤子脉冲具有不变性，因此它的传输不需要中继；在纤放大器的研究过程中，发明的激光二极管泵浦的掺铒光纤放大器补偿了损耗；科学家发现光孤子进行碰撞后，他们进行分离后具有稳定性，为设计波分复用提供了方便；预加重技术的使用，与此同时结合色散位移光纤传输，然后结合掺铒光纤集总信号放大的技术，可以减弱ASE的影响。许多技术是为了以后更好实现光孤子通信和全光网络做准备。

3.2光孤子通信组成

光孤子通信系统的基本组成

我必须要在这里强调说明，以现在的科技水平来说，孤子源是一种类似孤子的超短光脉冲源。电信号脉冲源通过调制器，将信号载于光孤子流上，承载的光孤子流经EDFA，经过放大后进入光纤传输。

4孤子通信的优点

我认为在光通信之中，它的目标比较明确，就是为了充分发挥光纤的带宽潜力，减少光纤损耗及色散的影响，扩大传输容量，降低成本，延长中继距离。所以我们提到的光孤子通信是一种全光非线性通信方案，根据我们对全光非线性通信的了解，知道光纤折射率的非线性效应可以对光脉冲的压缩，可以和群色散引起的光脉冲展宽相平衡，因此我们得出光孤子通信的优势：

（1）多通道波分复用的光孤子通信得以实现，实现大容量信息的传输；

（2）在这种通信中，光传输系统不会受色散的限制；

（3）此种通信传输中失真不会产生，比较适合远距离的传输，中继距离可

达几百千米；

（4）全光中继可以实现。孤子脉冲的特殊性质导致继电器绝热过程是简化的放大过程，中继器被大大的简化，高效，简单和经济；

（5）石英光纤传输中，光孤子损耗达到最小；

（6）光孤子使光纤的传输容量增大了，甚至比当今最好的通信系统高出几个数量级，被认为是最有前途的传输方式之一；

5孤子通信的关键技术

通过阅读文献，了解相关资料，我发现，光孤子在光纤中的传输过程，光纤损耗必然对光孤子传输产生影响，光孤子之间具有相互作用，高阶色散效应对光孤子传输产生很大的影响等等。所以光孤子通信主要涉及以下的技术。

5.1适合光孤子传输的光纤技术

在研究光孤子通信系统中，光孤子沿着光纤传输会产生一定的变化。我们如果想确定能量补充的中继距离，必须研究光孤子（特殊光纤参数）传输的距离。特定的光纤有不同的用处，经过多次的实验，科学家发现，色散位移单模光纤之所以成为光孤子通信系统的传输媒质，是因为光孤子的峰值功率与光纤色散的平方成反比，可以长距离采用。与此同时，色散零点原本是1.3μm，增加到了1.55μm处，高效利用了色散零点。

5.2孤子光源技术

孤子光源是光孤子通信的另一关键部件，基阶光孤子可由其直接产生（双曲正割形式是前提）。为了防止产生畸变，使光孤子有效传播，激光器必须有足够的输出功率，谱线宽度要尽可能窄。

根据理论分析，振幅必须达到一定条件，与此同时输出的光脉冲必须为严格的双曲正割形，光纤中光孤子才可以稳定地传输。根据资料的显示，我们会发现，我们所使用的锁模半导体激光器经常作为光孤子源，特点是输出光脉冲是高斯形的，具有较小功率，如果其产生的光孤子源经光纤放大器放大后，光孤子传输的峰值功率就可以实现。科学家进行了大量实验验证，发现波形在光孤子传输过程中，其要求并不严格。在色散光纤中传输时，高斯光脉冲会由于非线性自相位调

制与色散效应共同作用，光脉冲发生变化，中心产生双曲正割形，孤子光源因而就可以产生。

5.3光孤子的放大技术

研究表明，全光孤子放大器是光孤子通信系统极为重要的器件，可为光端机的前置放大器，全光中继器也可以实现。

由于光纤损耗是不可以避免的，它必将会导致一个后果，那就是使孤子的能量不断削弱减少。所以，我们采用最简单的放大形势是沿着光纤周期性地加一些光发大器，其增益调整到正好补偿两个放大器之间的光纤损耗。放大器的设计，重要的参数就是L。为了降低成本，L越大越好，但L要受到许多因素的限制，一般只能传10km到30km,用来避免孤子在幅度。宽度和能量上发生的较大变化。我们发现之所以L越小，是因为孤子脉冲越窄。我们如果采用色散位移光纤，L 可以增大到30~50km。

下面我们介绍的动态孤子传输法，它是集中放大器系统的主体方案，是目前最常用的技术。它采用掺铒光纤放大器，它具有增益高、插入损耗小、噪声低等优点，还有增益与输入光信号无关的优点。它可以提高通信的容量，使孤子保持超长距离传输，而且可以使放大器间距大于70km以上，此方法的稳定性已得到理论和试验的证明。所以光放大的技术很重要，可以说是全光孤子通信的重中之重，是必须解决的首要问题。

采用放大器之间，热噪声是无法避免的，它可以与孤子相互作用后，产生戈登-豪斯效应，容易限制孤子传输系统容量，影响放大器间隔。抑制戈登-豪斯效应可以采用在放大器后加一个带通滤波器，使光孤子顺利传播。

5.4光孤子开关技术

光孤子开关分为自触发开关和他触发开关两类。自触发开关是由光孤子自身特性变化引起的，例如孤子能量的变化、偏振态的变化和孤子自频移的改变等；他触发开关通常是用一个孤子来控制另一个孤子，也可利用外电场、磁场来控制，其发展趋势是利用非孤子脉冲控制孤子脉冲。目前开发的有X型耦合、干涉型和偏振光孤子开关等。

干涉型全光开关是当前很成功的一类光孤子开关，这种耦合光纤环路是逻辑开关最基本的组合单元，它充分利用光孤子相干的性质。耦合光纤环路干涉型全