光孤子通信概述課件

第八章光孤子通信2020年9月28日1第八章光孤子通信2020年9月28日1光孤子(Soliton)是經(jīng)光纖長距離傳輸后，其幅度和寬度都不變的超短光脈沖(ps數(shù)量級(jí))。光孤子的形成是光纖的群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡的結(jié)果。利用光孤子作為載體的通信方式稱為光孤子通信。光孤子通信的傳輸距離可達(dá)上萬公里，甚至幾萬公里，目前還處于試驗(yàn)階段。2020年9月28日2光孤子(Soliton)是經(jīng)光纖長距離傳輸后，其幅度和寬度都光纖通信的傳輸距離和傳輸速率受到光纖損耗和色散的限制。光纖放大器投入應(yīng)用后，克服了損耗的限制，增加了傳輸距離。此時(shí)，光纖傳輸系統(tǒng)，尤其是傳輸速率在Gb/s以上的系統(tǒng)，光纖色散引起的脈沖展寬，對傳輸速率的限制，成為提高系統(tǒng)性能的主要障礙。2020年9月28日3光纖通信的傳輸距離和傳輸速率受到光纖損耗和色散的限制。202為了增加傳輸距離，在光纖線路上，每隔一定的距離，可設(shè)置一個(gè)光纖放大器，以周期地補(bǔ)充光功率的損耗。但是多個(gè)光纖放大器產(chǎn)生的噪聲累積又妨礙了傳輸距離的增加，因而要求提高傳輸信號(hào)的光功率，這樣便產(chǎn)生非線性效應(yīng)。非線性效應(yīng)對光纖通信有害也有利，事實(shí)表明，克服其害還不如利用其利。2020年9月28日4為了增加傳輸距離，在光纖線路上，每隔一定的距離，可設(shè)置一個(gè)光光纖非線性效應(yīng)和色散單獨(dú)起作用時(shí)，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)都要產(chǎn)生脈沖展寬，對傳輸速率的提高是有害的。但是如果適當(dāng)選擇相關(guān)參數(shù)，使兩種效應(yīng)相互平衡，就可以保持脈沖寬度不變，因而形成光孤子。2020年9月28日5光纖非線性效應(yīng)和色散單獨(dú)起作用時(shí)，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)都要產(chǎn)8.1自相位調(diào)制(SPM)8.1.1克爾效應(yīng)(n2效應(yīng))當(dāng)投射到介質(zhì)的光強(qiáng)增加時(shí)，介質(zhì)的折射率將隨之增大，這種現(xiàn)象稱為克爾效應(yīng)，它是由三階非線性電極化系數(shù)引起的。由于這種效應(yīng)，透明介質(zhì)中的光速將與光強(qiáng)有關(guān)。2020年9月28日68.1自相位調(diào)制(SPM)8.1.1克爾效應(yīng)(n2效應(yīng))8.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日78.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日78.1自相位調(diào)制(SPM)(3)2020年9月28日88.1自相位調(diào)制(SPM)(3)2020年9月28日88.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日98.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日98.1.2光纖中的自相位調(diào)制效應(yīng)8.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日108.1.2光纖中的自相位調(diào)制效應(yīng)8.1自相位調(diào)制(SPM8.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日118.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日118.2光纖的非線性傳輸與孤子通信光纖中的非線性不僅能引起自相位調(diào)制，而且由此還會(huì)引出光孤立波，這在光電子學(xué)中是一個(gè)非常重要的現(xiàn)象。在數(shù)學(xué)和物理學(xué)中，廣義的孤立波是指描述自然界中許多非線性現(xiàn)象的一類非線性方程的解。早在1850年人們就已發(fā)現(xiàn)了這種孤立波現(xiàn)象，此后幾十年中，經(jīng)過許多學(xué)者的深入研究，逐步對孤立波的性質(zhì)有了清楚的認(rèn)識(shí)，并把它看作粒子那樣的波包，但把孤立波稱為孤立子還是從七十年代開始的，這一名稱的演變是由于孤立波碰撞前后不改變形狀，并具有粒子那樣的行為而引起的?，F(xiàn)在孤立子在等粒子物理、高能電磁學(xué)、流體力學(xué)、非線性光學(xué)等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。對光纖孤立子及其在光通信中的研究也應(yīng)運(yùn)而生。2020年9月28日128.2光纖的非線性傳輸與孤子通信光纖中的非線性不僅能引起自相眾所周知，在線性光纖系統(tǒng)中，光纖色散是光信號(hào)在光纖中傳輸產(chǎn)生展寬與畸變的重要原因，它限制了光纖傳輸容量與傳輸距離。在非線性傳輸系統(tǒng)中，光纖色散用來抑制非線性波的陡變，在兩者平衡時(shí)產(chǎn)生光孤子，形成保速保形的窄脈沖傳輸，可大大提高光纖系統(tǒng)的傳輸容量，因此光孤子通信具有迷人的誘惑力。光孤子在光纖中的存在已由實(shí)驗(yàn)證明，并已經(jīng)驗(yàn)證了超長距離的高速光孤子傳輸實(shí)驗(yàn)?？梢灶A(yù)言，光孤子通信將對光纖通信的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日13眾所周知，在線性光纖系統(tǒng)中，光纖色散是光信號(hào)在光纖中傳輸產(chǎn)生8.2.1光孤子的基本概念克爾效應(yīng)使介質(zhì)折射率隨光強(qiáng)的變化而變化，并導(dǎo)致光脈沖的自相位調(diào)制。這種自相位調(diào)制是光孤子產(chǎn)生的主要機(jī)制，同對頻帶受限的脈沖產(chǎn)生頻帶加寬。這種頻帶加寬抵消了光纖色散引起的頻帶壓縮，使得光脈沖以光孤子的形狀穩(wěn)定傳輸。8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日148.2.1光孤子的基本概念8.2光纖的非線性傳輸與孤子通8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日158.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日158.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日168.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日168.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日178.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日178.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日188.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日18

脈沖的光強(qiáng)頻率調(diào)制2020年9月28日19脈沖的光強(qiáng)頻率調(diào)制2020年9月28日19

如圖所示，在脈沖上升部分，|E|2增加，>0，得到Δω<0，頻率下移；在脈沖頂部，|E|2不變，=0，得到Δω=0，頻率不變；在脈沖下降部分，|E|2減小，Δnt<0，得到Δω>0，頻率上移。頻移使脈沖頻率改變分布，其前部(頭)頻率降低，后部(尾)頻率升高。這種情況稱脈沖已被線性調(diào)頻，或稱啁啾(Chirp)。2020年9月28日20如圖所示，在脈沖上升部分

脈沖在反常色散光纖中傳輸因啁啾效應(yīng)可被壓縮或展寬

下圖給出光脈沖在反常色散光纖中傳輸時(shí)，由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生的啁啾被壓縮或展寬。對反常色散光纖，群速度與光載波頻率成正比，在脈沖中載頻高的部分傳播得快，而載頻低的部分則傳播得慢。2020年9月28日21脈沖在反常色散光纖中傳輸因啁啾效應(yīng)可被壓縮或展寬

對正常色散光纖，結(jié)論正相反。因此，具有正啁啾的光脈沖通過反常色散光纖時(shí)，脈沖前部(頭)頻率低，傳播得慢，而后部(尾)頻率高，傳播得快。這種脈沖形象地被稱為“紅頭紫尾”光脈沖。在傳播過程中，“紫”尾逐漸接近“紅”頭，因而脈沖被壓縮，如圖(a)。相反，具有負(fù)啁啾的光脈沖通過反常色散光纖時(shí)，前部(頭)傳播得快，后部(尾)傳播得慢，“紫”頭和“紅”尾逐漸分離，結(jié)果脈沖被展寬，如圖(b)所示。由此可見，適當(dāng)選擇相關(guān)參數(shù)，可以使光脈沖寬度保持不變。2020年9月28日22對正常色散光纖，結(jié)論正相反。因此，具有正啁啾8.2.2光孤子通信系統(tǒng)的組成光孤子通信系統(tǒng)主要包括孤子源、調(diào)制器、EDFA、光纖傳輸系統(tǒng)以及信號(hào)源。8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日238.2.2光孤子通信系統(tǒng)的組成8.2光纖的非線性傳輸與孤子孤子源調(diào)制脈沖源EDFA隔離器探測光纖傳輸系統(tǒng)EDFAEDFAEDFA2020年9月28日24孤子源調(diào)制脈沖源EDFA隔離器探測光纖傳輸系統(tǒng)EDFAEDF孤子源并非嚴(yán)格意義上的孤子激光器，只是一種類似孤子的超短光脈沖源，它產(chǎn)生滿足基本光孤子能量、頻譜等要求的超短脈沖。這種超短光脈沖，在光纖中傳輸時(shí)自動(dòng)壓縮、整形而形成光孤子。電信號(hào)脈沖源通過調(diào)制器，將信號(hào)載于光孤子流上，承載的光孤子流經(jīng)EDFA放大后進(jìn)入光纖傳輸。沿途需增加若干個(gè)光放大器，以補(bǔ)償光脈沖的能量損失。同時(shí)需平衡非線性效應(yīng)與色散效應(yīng)，最終保證脈沖的幅度與形狀穩(wěn)定不變。在接收端通過光孤子檢測裝置、判決器或解調(diào)器及其他輔助裝置,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的還原。8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日25孤子源并非嚴(yán)格意義上的孤子激光器，只是一種類似孤子的超短光脈8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)近年來，光孤子通信取得了突破性進(jìn)展。光纖放大器的應(yīng)用對孤子放大相傳輸非常有利，它使孤子通信的夢想推進(jìn)到實(shí)際開發(fā)階段。光孤子在光纖中的傳輸過程需要解決如下問題：光纖損耗對光孤子傳輸?shù)挠绊?，光孤子之間的相互作用，高階色散效應(yīng)對光孤子傳輸?shù)挠绊?，以及單模光纖中的雙折射現(xiàn)象等。由此需要涉及到的技術(shù)主要有：2020年9月28日268.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)近年來，光孤子通信取得了突破性進(jìn)1．適合光孤子傳輸?shù)墓饫w技術(shù)研究光孤子通信系統(tǒng)的一項(xiàng)重要任務(wù)就是評(píng)價(jià)光孤子沿光纖傳輸?shù)难莼闆r。研究特定光纖參數(shù)條件下光孤子傳輸?shù)挠行Ь嚯x，由此確定能量補(bǔ)充的中繼距離，這樣的研究不但為光孤子通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)，而且通常導(dǎo)致新型光纖的產(chǎn)生。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日271．適合光孤子傳輸?shù)墓饫w技術(shù)8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)202．光孤子源技術(shù)光孤子源是實(shí)現(xiàn)超高速光孤子通信的關(guān)鍵。根據(jù)理論分析，只有當(dāng)輸出的光脈沖為嚴(yán)格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件時(shí)，光孤子才能在光纖中穩(wěn)定地傳輸。目前，研究和開發(fā)的光孤子源種類繁多，有拉曼孤子激光器、參量孤子激光器、摻鉺光纖孤子激光器、增益開關(guān)半導(dǎo)體孤子激光器和鎖模半導(dǎo)體孤子激光器等。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日282．光孤子源技術(shù)8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月2現(xiàn)在的光孤子通信試驗(yàn)系統(tǒng)大多采用體積小、重復(fù)頻率高的增益開關(guān)DFB半導(dǎo)體激光器或鎖模半導(dǎo)體激光器作為光孤子源，它們的輸出光脈沖是高斯形的，且功率較小，但經(jīng)光纖放大器放大后，可獲得足以形成光孤子傳輸?shù)姆逯倒β?。理論和?shí)驗(yàn)均巳證明，光孤子傳輸對波形要求并不嚴(yán)格。高斯光脈沖在色散光纖中傳輸時(shí)，由于非線性自相位調(diào)制與色散效應(yīng)共同作用，光脈沖中心部分可逐漸演化為雙曲正割形。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日29現(xiàn)在的光孤子通信試驗(yàn)系統(tǒng)大多采用體積小、重復(fù)頻率高的增益開關(guān)3．光孤子放大技術(shù)全光孤子放大器對光信號(hào)可以直接放大，避免了目前光通信系統(tǒng)中光/電、電/光的轉(zhuǎn)換模式。它既可作為光端機(jī)的前置放大器，又可作為全光中繼器，是光孤子通信系統(tǒng)極為重要的器件。實(shí)際上，光孤子在光纖的傳播過程中，不可避免地存在著損耗。不過光纖的損耗只降低孤子的脈沖幅度，并不改變孤子的形狀，因此補(bǔ)償這些損耗成為光孤子傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日303．光孤子放大技術(shù)8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月目前有兩種補(bǔ)償孤子能量的方法，一種是采用分布式光放大器的方法，即使用受激拉曼散射放大器或分布的摻鉺光纖放大器；另一種是集總的光放大器法，即采用摻鉺光纖放大器或半導(dǎo)體激光放大器。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日31目前有兩種補(bǔ)償孤子能量的方法，一種是采用分布式光放大器的方法利用受激拉曼散射效應(yīng)的光放大器是一種典型的分布式光放大器，其優(yōu)點(diǎn)是光纖自身成為放大介質(zhì)，然而石英光纖中的受激拉曼散射增益系數(shù)相當(dāng)小，這意味著需要高功率的激光器作為光纖中產(chǎn)生受激拉曼散射的泵浦源。此外，這種放大器還存在著一定的噪聲。集總放大方法是通過摻鉺光纖放大器實(shí)現(xiàn)的，其穩(wěn)定性已得到理論和試驗(yàn)的證明，成為當(dāng)前孤子通信的主要放大方法。光放大被認(rèn)為是全光孤子通信的核心問題。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日32利用受激拉曼散射效應(yīng)的光放大器是一種典型的分布式光放大器，其4.光孤子開關(guān)技術(shù)在設(shè)計(jì)全光開關(guān)時(shí)，采用光孤子脈沖作輸人信號(hào)，可使整個(gè)設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)化，光孤子開關(guān)的最大特點(diǎn)是開關(guān)速度快(達(dá)10-2s量級(jí))、開關(guān)轉(zhuǎn)換率高(達(dá)100％)，開關(guān)過程中光孤子的形狀不發(fā)生改變，選擇性能好。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日334.光孤子開關(guān)技術(shù)8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月8.4光孤子通信的優(yōu)點(diǎn)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(rèn)為是光纖通信中最有發(fā)展前途、最具開拓性的前沿課題。比較光孤子通信和線性光纖通信有一系列顯著的優(yōu)點(diǎn)：

1)傳輸容量比最好的線性通信系統(tǒng)大1-2個(gè)數(shù)量級(jí)；

2)可以進(jìn)行全光中繼。2020年9月28日348.4光孤子通信的優(yōu)點(diǎn)全光式光孤子通信，是新一代超長距離演講完畢，謝謝觀看！Thankyouforreading!Inordertofacilitatelearninganduse,thecontentofthisdocumentcanbemodified,adjustedandprintedatwillafterdownloading.Welcometodownload!匯報(bào)人：XXX匯報(bào)日期：20XX年10月10日2020年9月28日35演講完畢，謝謝觀看！Thankyouforreadin第八章光孤子通信2020年9月28日36第八章光孤子通信2020年9月28日1光孤子(Soliton)是經(jīng)光纖長距離傳輸后，其幅度和寬度都不變的超短光脈沖(ps數(shù)量級(jí))。光孤子的形成是光纖的群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡的結(jié)果。利用光孤子作為載體的通信方式稱為光孤子通信。光孤子通信的傳輸距離可達(dá)上萬公里，甚至幾萬公里，目前還處于試驗(yàn)階段。2020年9月28日37光孤子(Soliton)是經(jīng)光纖長距離傳輸后，其幅度和寬度都光纖通信的傳輸距離和傳輸速率受到光纖損耗和色散的限制。光纖放大器投入應(yīng)用后，克服了損耗的限制，增加了傳輸距離。此時(shí)，光纖傳輸系統(tǒng)，尤其是傳輸速率在Gb/s以上的系統(tǒng)，光纖色散引起的脈沖展寬，對傳輸速率的限制，成為提高系統(tǒng)性能的主要障礙。2020年9月28日38光纖通信的傳輸距離和傳輸速率受到光纖損耗和色散的限制。202為了增加傳輸距離，在光纖線路上，每隔一定的距離，可設(shè)置一個(gè)光纖放大器，以周期地補(bǔ)充光功率的損耗。但是多個(gè)光纖放大器產(chǎn)生的噪聲累積又妨礙了傳輸距離的增加，因而要求提高傳輸信號(hào)的光功率，這樣便產(chǎn)生非線性效應(yīng)。非線性效應(yīng)對光纖通信有害也有利，事實(shí)表明，克服其害還不如利用其利。2020年9月28日39為了增加傳輸距離，在光纖線路上，每隔一定的距離，可設(shè)置一個(gè)光光纖非線性效應(yīng)和色散單獨(dú)起作用時(shí)，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)都要產(chǎn)生脈沖展寬，對傳輸速率的提高是有害的。但是如果適當(dāng)選擇相關(guān)參數(shù)，使兩種效應(yīng)相互平衡，就可以保持脈沖寬度不變，因而形成光孤子。2020年9月28日40光纖非線性效應(yīng)和色散單獨(dú)起作用時(shí)，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)都要產(chǎn)8.1自相位調(diào)制(SPM)8.1.1克爾效應(yīng)(n2效應(yīng))當(dāng)投射到介質(zhì)的光強(qiáng)增加時(shí)，介質(zhì)的折射率將隨之增大，這種現(xiàn)象稱為克爾效應(yīng)，它是由三階非線性電極化系數(shù)引起的。由于這種效應(yīng)，透明介質(zhì)中的光速將與光強(qiáng)有關(guān)。2020年9月28日418.1自相位調(diào)制(SPM)8.1.1克爾效應(yīng)(n2效應(yīng))8.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日428.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日78.1自相位調(diào)制(SPM)(3)2020年9月28日438.1自相位調(diào)制(SPM)(3)2020年9月28日88.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日448.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日98.1.2光纖中的自相位調(diào)制效應(yīng)8.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日458.1.2光纖中的自相位調(diào)制效應(yīng)8.1自相位調(diào)制(SPM8.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日468.1自相位調(diào)制(SPM)2020年9月28日118.2光纖的非線性傳輸與孤子通信光纖中的非線性不僅能引起自相位調(diào)制，而且由此還會(huì)引出光孤立波，這在光電子學(xué)中是一個(gè)非常重要的現(xiàn)象。在數(shù)學(xué)和物理學(xué)中，廣義的孤立波是指描述自然界中許多非線性現(xiàn)象的一類非線性方程的解。早在1850年人們就已發(fā)現(xiàn)了這種孤立波現(xiàn)象，此后幾十年中，經(jīng)過許多學(xué)者的深入研究，逐步對孤立波的性質(zhì)有了清楚的認(rèn)識(shí)，并把它看作粒子那樣的波包，但把孤立波稱為孤立子還是從七十年代開始的，這一名稱的演變是由于孤立波碰撞前后不改變形狀，并具有粒子那樣的行為而引起的。現(xiàn)在孤立子在等粒子物理、高能電磁學(xué)、流體力學(xué)、非線性光學(xué)等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。對光纖孤立子及其在光通信中的研究也應(yīng)運(yùn)而生。2020年9月28日478.2光纖的非線性傳輸與孤子通信光纖中的非線性不僅能引起自相眾所周知，在線性光纖系統(tǒng)中，光纖色散是光信號(hào)在光纖中傳輸產(chǎn)生展寬與畸變的重要原因，它限制了光纖傳輸容量與傳輸距離。在非線性傳輸系統(tǒng)中，光纖色散用來抑制非線性波的陡變，在兩者平衡時(shí)產(chǎn)生光孤子，形成保速保形的窄脈沖傳輸，可大大提高光纖系統(tǒng)的傳輸容量，因此光孤子通信具有迷人的誘惑力。光孤子在光纖中的存在已由實(shí)驗(yàn)證明，并已經(jīng)驗(yàn)證了超長距離的高速光孤子傳輸實(shí)驗(yàn)。可以預(yù)言，光孤子通信將對光纖通信的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日48眾所周知，在線性光纖系統(tǒng)中，光纖色散是光信號(hào)在光纖中傳輸產(chǎn)生8.2.1光孤子的基本概念克爾效應(yīng)使介質(zhì)折射率隨光強(qiáng)的變化而變化，并導(dǎo)致光脈沖的自相位調(diào)制。這種自相位調(diào)制是光孤子產(chǎn)生的主要機(jī)制，同對頻帶受限的脈沖產(chǎn)生頻帶加寬。這種頻帶加寬抵消了光纖色散引起的頻帶壓縮，使得光脈沖以光孤子的形狀穩(wěn)定傳輸。8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日498.2.1光孤子的基本概念8.2光纖的非線性傳輸與孤子通8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日508.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日158.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日518.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日168.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日528.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日178.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日538.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日18

脈沖的光強(qiáng)頻率調(diào)制2020年9月28日54脈沖的光強(qiáng)頻率調(diào)制2020年9月28日19

如圖所示，在脈沖上升部分，|E|2增加，>0，得到Δω<0，頻率下移；在脈沖頂部，|E|2不變，=0，得到Δω=0，頻率不變；在脈沖下降部分，|E|2減小，Δnt<0，得到Δω>0，頻率上移。頻移使脈沖頻率改變分布，其前部(頭)頻率降低，后部(尾)頻率升高。這種情況稱脈沖已被線性調(diào)頻，或稱啁啾(Chirp)。2020年9月28日55如圖所示，在脈沖上升部分

脈沖在反常色散光纖中傳輸因啁啾效應(yīng)可被壓縮或展寬

下圖給出光脈沖在反常色散光纖中傳輸時(shí)，由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生的啁啾被壓縮或展寬。對反常色散光纖，群速度與光載波頻率成正比，在脈沖中載頻高的部分傳播得快，而載頻低的部分則傳播得慢。2020年9月28日56脈沖在反常色散光纖中傳輸因啁啾效應(yīng)可被壓縮或展寬

對正常色散光纖，結(jié)論正相反。因此，具有正啁啾的光脈沖通過反常色散光纖時(shí)，脈沖前部(頭)頻率低，傳播得慢，而后部(尾)頻率高，傳播得快。這種脈沖形象地被稱為“紅頭紫尾”光脈沖。在傳播過程中，“紫”尾逐漸接近“紅”頭，因而脈沖被壓縮，如圖(a)。相反，具有負(fù)啁啾的光脈沖通過反常色散光纖時(shí)，前部(頭)傳播得快，后部(尾)傳播得慢，“紫”頭和“紅”尾逐漸分離，結(jié)果脈沖被展寬，如圖(b)所示。由此可見，適當(dāng)選擇相關(guān)參數(shù)，可以使光脈沖寬度保持不變。2020年9月28日57對正常色散光纖，結(jié)論正相反。因此，具有正啁啾8.2.2光孤子通信系統(tǒng)的組成光孤子通信系統(tǒng)主要包括孤子源、調(diào)制器、EDFA、光纖傳輸系統(tǒng)以及信號(hào)源。8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日588.2.2光孤子通信系統(tǒng)的組成8.2光纖的非線性傳輸與孤子孤子源調(diào)制脈沖源EDFA隔離器探測光纖傳輸系統(tǒng)EDFAEDFAEDFA2020年9月28日59孤子源調(diào)制脈沖源EDFA隔離器探測光纖傳輸系統(tǒng)EDFAEDF孤子源并非嚴(yán)格意義上的孤子激光器，只是一種類似孤子的超短光脈沖源，它產(chǎn)生滿足基本光孤子能量、頻譜等要求的超短脈沖。這種超短光脈沖，在光纖中傳輸時(shí)自動(dòng)壓縮、整形而形成光孤子。電信號(hào)脈沖源通過調(diào)制器，將信號(hào)載于光孤子流上，承載的光孤子流經(jīng)EDFA放大后進(jìn)入光纖傳輸。沿途需增加若干個(gè)光放大器，以補(bǔ)償光脈沖的能量損失。同時(shí)需平衡非線性效應(yīng)與色散效應(yīng)，最終保證脈沖的幅度與形狀穩(wěn)定不變。在接收端通過光孤子檢測裝置、判決器或解調(diào)器及其他輔助裝置,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的還原。8.2光纖的非線性傳輸與孤子通信2020年9月28日60孤子源并非嚴(yán)格意義上的孤子激光器，只是一種類似孤子的超短光脈8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)近年來，光孤子通信取得了突破性進(jìn)展。光纖放大器的應(yīng)用對孤子放大相傳輸非常有利，它使孤子通信的夢想推進(jìn)到實(shí)際開發(fā)階段。光孤子在光纖中的傳輸過程需要解決如下問題：光纖損耗對光孤子傳輸?shù)挠绊?，光孤子之間的相互作用，高階色散效應(yīng)對光孤子傳輸?shù)挠绊懀约皢文９饫w中的雙折射現(xiàn)象等。由此需要涉及到的技術(shù)主要有：2020年9月28日618.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)近年來，光孤子通信取得了突破性進(jìn)1．適合光孤子傳輸?shù)墓饫w技術(shù)研究光孤子通信系統(tǒng)的一項(xiàng)重要任務(wù)就是評(píng)價(jià)光孤子沿光纖傳輸?shù)难莼闆r。研究特定光纖參數(shù)條件下光孤子傳輸?shù)挠行Ь嚯x，由此確定能量補(bǔ)充的中繼距離，這樣的研究不但為光孤子通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)，而且通常導(dǎo)致新型光纖的產(chǎn)生。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日621．適合光孤子傳輸?shù)墓饫w技術(shù)8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)202．光孤子源技術(shù)光孤子源是實(shí)現(xiàn)超高速光孤子通信的關(guān)鍵。根據(jù)理論分析，只有當(dāng)輸出的光脈沖為嚴(yán)格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件時(shí)，光孤子才能在光纖中穩(wěn)定地傳輸。目前，研究和開發(fā)的光孤子源種類繁多，有拉曼孤子激光器、參量孤子激光器、摻鉺光纖孤子激光器、增益開關(guān)半導(dǎo)體孤子激光器和鎖模半導(dǎo)體孤子激光器等。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日632．光孤子源技術(shù)8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月2現(xiàn)在的光孤子通信試驗(yàn)系統(tǒng)大多采用體積小、重復(fù)頻率高的增益開關(guān)DFB半導(dǎo)體激光器或鎖模半導(dǎo)體激光器作為光孤子源，它們的輸出光脈沖是高斯形的，且功率較小，但經(jīng)光纖放大器放大后，可獲得足以形成光孤子傳輸?shù)姆逯倒β?。理論和?shí)驗(yàn)均巳證明，光孤子傳輸對波形要求并不嚴(yán)格。高斯光脈沖在色散光纖中傳輸時(shí)，由于非線性自相位調(diào)制與色散效應(yīng)共同作用，光脈沖中心部分可逐漸演化為雙曲正割形。8.3光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù)2020年9月28日64現(xiàn)在的光孤子通信試驗(yàn)系統(tǒng)大多采用體積小、重復(fù)頻率高的增益開關(guān)3．光孤子放大技術(shù)全光孤子放大器對光信號(hào)可以直接放大，避免了目前光通信系統(tǒng)中光/電、電/光的轉(zhuǎn)換模式。它既可作為光端機(jī)的前置放大器，又可作為全光中繼器，是光孤子通信系統(tǒng)極為重要的器件。實(shí)際上，光孤子在光纖的傳播過程中，不可避免地存在著損耗。不過光纖的損耗只降低孤子的脈沖幅度，并不