相干光通信基礎(chǔ)知識(shí)（一）

• 光通信的發(fā)展與現(xiàn)狀
• • 直接檢測(cè)光通信系統(tǒng)
  • 其他技術(shù)
  • 綜述
• 光通信系統(tǒng)中的信號(hào)劣化
• • 損耗
  • • 吸收
    • 散射
    • 輻射
  • 失真
  • • 線性失真
    • 非線性失真（非線性效應(yīng)）
    • • 受激散射
      • 非線性折射

光通信的發(fā)展與現(xiàn)狀

光通信系統(tǒng)是指利用電磁波波譜中的紅外、可見(jiàn)光或者紫外區(qū)域的高頻電磁波進(jìn)行通信的系統(tǒng)。 之前由于直接檢測(cè)也就是包絡(luò)檢波結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的原因，一直是直接檢測(cè)的天下。但是采用直接檢測(cè)意味著只能采用強(qiáng)度調(diào)制，這就大大限制了傳輸容量，后來(lái)隨著器件水平發(fā)展和系統(tǒng)擴(kuò)容的需要，相干檢測(cè)成為研究熱點(diǎn)。

直接檢測(cè)光通信系統(tǒng)

OOK強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)（IM/DD）

其他技術(shù)

提升器件水平

中繼放大器（以摻鉺光纖放大器EDFA為主）

其他方向

波分復(fù)用技術(shù)（Wavelength Division Multiplexing,WDM）：通過(guò)提高波分復(fù)用度，提高單根光纖的傳輸信道，實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)傳輸。

相干光通信技術(shù):采用PSK、QAM、OFDM等高階調(diào)制格式，提高頻譜效率，從而提高系統(tǒng)的單信道傳輸速率和信道容量。

綜述

在OOK強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)的基礎(chǔ)上提出了WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路傳輸，EDFA解決了其插入損耗問(wèn)題。在每一路上采用頻譜效率更高的調(diào)制格式，相干光通信系統(tǒng)就此誕生。

光通信系統(tǒng)中的信號(hào)劣化

損耗

吸收

吸收損耗與光纖材料有關(guān)

1.本征吸收：由材料決定，與波長(zhǎng)入有關(guān)
2.雜質(zhì)吸收：損耗擴(kuò)大的主要因素

散射

與材料及光纖結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)

1.瑞利散射損耗（αR）：
是基本損耗原理
由于光纖內(nèi)部密度不均勻引起的。
瑞利散射與1/（入的4次方）成正比
瑞利散射系數(shù)A主要取決于纖芯和包層的相對(duì)折射率差（n1-n2）/n2

2.波導(dǎo)散射損耗：光纖在制作過(guò)程中，發(fā)生缺陷，使光纖的纖芯沿z軸（傳播方向）不均勻，造成散射損耗。

輻射

由光纖幾何形狀的微觀、宏觀擾動(dòng)有關(guān)

輻射損耗：由應(yīng)力及形變導(dǎo)致能量泄漏的能量損耗。或者說(shuō)光纖受到外力作用，發(fā)生一定的曲率半徑的彎曲，造成能量泄漏，導(dǎo)致輻射損耗。 曲率半徑越小，彎曲的越嚴(yán)重，輻射損耗越大。

失真

線性失真

色散：不同頻率

非線性失真（非線性效應(yīng)）

受激散射

彈性散射

非彈性散射

可以理解為一個(gè)高能量光子被散射為一個(gè)低能量光子，同時(shí)生成能量是兩者能量差的聲子，不同的是，SRS生成光頻聲子，而SBS生成聲頻聲子

1.受激拉曼散射( SRS)

2.受激布里淵散射(SBS)

非線性折射

1.四波混頻效應(yīng)（FWM）

內(nèi)容： WDM系統(tǒng)同時(shí)要求高輸入功率和低色散，導(dǎo)致FWM。輸入的n信道WDM系統(tǒng)，在經(jīng)過(guò)一定距離的DSF（Dispersion Shifted Fiber）傳輸后在輸出端產(chǎn)生了新的頻譜，會(huì)對(duì)WDM系統(tǒng)的工作產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。當(dāng)色散越低時(shí)，FWM產(chǎn)生的新頻率能量越高，對(duì)通信干擾越大。所以對(duì)通信學(xué)者來(lái)說(shuō)，色散與FWM是一對(duì)矛盾。

產(chǎn)生原因： 入射光中的某一個(gè) 波長(zhǎng)上的光會(huì)使光纖的折射率發(fā)生改變，則在不同的頻率上產(chǎn)生了光波相位的變化，從而產(chǎn)生了新的波長(zhǎng)的光波。

特性： 自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制并不會(huì)引起模式之間的功率交換，會(huì)引起相位偏移，四波混頻會(huì)造成模式之間的功率交換。
解決辦法
（1）色散管理：通過(guò)合理安排不同色散特性的光纖，以獲得局部較高但整體較低的色散。方法之一就是無(wú)源色散補(bǔ)償，通過(guò)使用具有負(fù)色散特性的色散補(bǔ)償光纖（DCF Dispersion compensation Fiber），抵消色散積累，使整體色散為0，但在各頻率點(diǎn)色散不為0，這樣就破壞FWM產(chǎn)生條件。
（2）非零色散位移光纖（NZDSF G.655）：DSF（G.653）的基礎(chǔ)上通過(guò)改變折射剖面結(jié)構(gòu)的方法來(lái)使得光纖在1550nm波長(zhǎng)色散不為零，故其被稱為“非零色散位移”光纖。
擴(kuò)展：三種光纖比較
(1)普通單模光纖(Single Mode Fiber , SMF , G.652）：波長(zhǎng)為1310nm處零色散，但此處損耗較大。
(2)色散位移光纖（Dispersion Shifted Fiber ，DSF， G.653）：將零色散波長(zhǎng)位移至1550nm處，因?yàn)榇颂帗p耗低。
(3)非零色散位移光纖（No-Zero Dispersion Shifted Fiber ，NZDSF ，G.655）：通過(guò)改變折射剖面結(jié)構(gòu)的方法來(lái)使得光纖在1550nm波長(zhǎng)色散不為零的單模光纖。

2.自相位調(diào)制（SPM）
內(nèi)容:是一種由光與介質(zhì)相互作用引起的非線性光學(xué)效應(yīng)，光信號(hào)在介質(zhì)中傳輸時(shí)，克爾效應(yīng)會(huì)引起介質(zhì)折射率的變化。相移由入射光自身引起，引起脈沖頻譜展寬。
影響：自相位調(diào)制會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)相位隨電場(chǎng)強(qiáng)度大小變化而變化，但脈沖形狀不會(huì)發(fā)生改變。還會(huì)導(dǎo)致脈沖頻譜展寬

3.交叉相位調(diào)制（‘XPM’ OR ‘CPM’）
內(nèi)容：交叉相位調(diào)制是指不同模式在光纖中共同傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生非線性相移，且這種相移的大小與各個(gè)模式的電場(chǎng)強(qiáng)度都有關(guān)。光纖中的色散程度會(huì)影響交叉相位調(diào)制的大小，當(dāng)不同模式以不同速度在光纖中同向傳輸一段距離后逐漸發(fā)生分離，交叉相位調(diào)制導(dǎo)致的模式之間相互影響也逐漸減小

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的相干光通信基础知识（一）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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