光孤子（Soliton），光孤子（Soliton）通信原理

光弧子通信原理

光弧子是一種特殊的ps 數(shù)量級上的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區(qū)，群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡，因而經(jīng)過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光弧子通信就是利用光弧子作為載體實現(xiàn)長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。

緣起

早在1973年，光弧子的存在就由美國貝爾實驗室的A.Hasegawa 從理論上推斷得出，并揭開了理論研究的序幕。直到1983年，貝爾實驗室的Mollenauer 研究小組首次研制成功了第一支銫芯鎖模孤子激光器CCL。隨后的一段時間內(nèi)，Mollenauer 研究小組經(jīng)過一系列的實驗，終于檢測出脈沖為10ps的光弧子經(jīng)過10km傳輸無明顯變化，首次從實驗上證實了光弧子傳輸?shù)目赡苄浴?/p>

發(fā)展與現(xiàn)狀

在光弧子通信領(lǐng)域內(nèi)，由于其具有高容量、長距離、誤碼率低、抗噪聲能力強等優(yōu)點，光弧子通信備受國內(nèi)外的關(guān)注，并大力開展研究工作。美國和日本處于世界領(lǐng)先水平。美國貝爾實驗室已經(jīng)成功實現(xiàn)了將激光脈沖信號傳輸了5920km，還利用光纖環(huán)實現(xiàn)了5Gbit/s、傳輸15000km 的單信道孤子通信系統(tǒng)和10Gbit/s、傳輸11000km 的雙信道波分復(fù)用孤子通信系統(tǒng)；日本利用普通光纜線路成功地進行了超高20Tbit/s、遠距離1000km的孤立波通信，日本電報電話公司推出了速率為10Gbit/s、傳輸12000km 的直通光弧子通信實驗系統(tǒng)。在我國，光弧子通信技術(shù)的研究也有一定的成果，國家“863”研究項目成功地進行了OTDM光弧子通信關(guān)鍵技術(shù)的研究，實現(xiàn)了20Gbit/s、105km的傳輸。近年來，時域上的亮孤子、正色散區(qū)的暗孤子、空域上展開的三維光弧子等，由于它們完全由非線性效應(yīng)決定，不需要任何靜態(tài)介質(zhì)波導(dǎo)而備受國內(nèi)外研究人員的重視。

問題與前景

全光式光孤子通信，是新一代超長距離、超高碼速的光纖通信系統(tǒng)，更被公認為是光纖通信中最有發(fā)展前途、最具開拓性的前沿課題。光孤子通信和線性光纖通信比較有一系列顯著的優(yōu)點：一、傳輸容量比最好的線性通信系統(tǒng)大1個~2個數(shù)量級；二、可以進行全光中繼。由于孤子脈沖的特殊性質(zhì)使中繼過程簡化為一個絕熱放大過程，大大簡化了中繼設(shè)備，高效、簡便、經(jīng)濟。光孤子通信和線性光纖通信比，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟都具有明顯的優(yōu)勢，光孤子通信在高保真度、長距離傳輸方面，優(yōu)于光強度調(diào)制/直接檢測方式和相干光通信。

光孤子技術(shù)未來的前景是：在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使現(xiàn)行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面采用重定時，整形，再生技術(shù)和減少ASE，光學(xué)濾波使傳輸距離提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是獲得低噪聲高輸出EDFA。當然實際的光孤子通信仍然存在許多技術(shù)的難題，但目前已取得的突破性進展使我們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統(tǒng)中，有著光明的發(fā)展前景。