第二十四讲光孤子通信技术
第二十四讲 光孤子通信技术
主要内容 光孤子通信的定义 光孤子形成的原因 光孤子通信系统的构成及工 作原理
主要内容 • 一、光孤子通信的定义 • 二、光孤子形成的原因 • 三、光孤子通信系统的构成及工 作原理
光孤子通信的定义 化孤了—是经光纤长距离传输之后, 其幅度和波形宽度都不变的超短光脉冲 (ps数量级) 光孤字通 是利用光孤子作为载体 的通信方式
光孤子通信的定义 • 光孤子——是经光纤长距离传输之后， 其幅度和波形宽度都不变的超短光脉冲 （ps数量级）。 • 光孤子通信——是利用光孤子作为载体 的通信方式
光孤子形成的原因 光孤子的形成是光纤的色散与非线性效 应相互平衡的结果。 色散——使经过光纤传输一定距离后的 光信号出现波形展宽的现象 非线性效应在入射光功率较强的条 件下,光纤折射率随光强度变化的现象
光孤子形成的原因 • 光孤子的形成是光纤的色散与非线性效 应相互平衡的结果。 • 色散——使经过光纤传输一定距离后的 光信号出现波形展宽的现象。 • 非线性效应——在入射光功率较强的条 件下，光纤折射率随光强度变化的现象
非线性效应 在强光作用下,光纤的n可以表示为 这种折射率随光强变化的特性称为克尔效应。 设波长为A,光强为E的光脉冲在长度为的光纤中传输,则光 强感应的折射率变化,由此引起的相位变化为 △(t)=二△n()L、2xL △n(t) 这种使脉冲不同部位产生不同相移的特性,称为自相位调制 (SPM)。SPM引起脉冲载波频率随时间的变化为 O△(t 27L O △a(t) [△n(t)] at 2 at 该频移使脉冲频率改变分布,在脉冲下降部分,频率升高,在脉 冲上升部分,频率降低,这种现象即脉冲被线性调频或称为啁啾
非线性效应 • 在强光作用下，光纤的n可以表示为 • 这种折射率随光强变化的特性称为克尔效应。 • 设波长为λ，光强为 的光脉冲在长度为L的光纤中传输，则光 强感应的折射率变化，由此引起的相位变化为 • 这种使脉冲不同部位产生不同相移的特性，称为自相位调制 （SPM）。SPM引起脉冲载波频率随时间的变化为 • 该频移使脉冲频率改变分布，在脉冲下降部分，频率升高，在脉 冲上升部分，频率降低，这种现象即脉冲被线性调频或称为啁啾。 2 n = n0 + n2 E 2 E ( ) 2 ( ) ( ) n t L n t L c t = = [ ( )] ( ) 2 ( ) n t t L t t t = − = −
设已调波的频谱较窄,近似单色平面波,则由于克尔 效应,其传播常数β为 B (no+n 式中P为光功率。A6为有效光纤截面积。将该式在和 P=0附近级数展开,可得 B(o, P)=Bo+B(o-Oo)+Bo(o-0o)+B,P 式中右边第三项和第四项正好体现的是光纤的色散和 非线性效应,因此,只要适当选择相关参数,使这两 项的绝对值相等,则光纤色散和非线性效应便相互抵 消,使输入脉冲宽度保持不变,形成稳定的光孤子
• 设已调波的频谱较窄，近似单色平面波，则由于克尔 效应，其传播常数β为 • 式中P为光功率。Aeff为有效光纤截面积。将该式β0在和 P=0附近级数展开，可得 • 式中右边第三项和第四项正好体现的是光纤的色散和 非线性效应，因此，只要适当选择相关参数，使这两 项的绝对值相等，则光纤色散和非线性效应便相互抵 消，使输入脉冲宽度保持不变，形成稳定的光孤子。 ( ) 0 2 Aeff P n n c n c = = + P 2 P 2 0 0 0 0 0 (, ) ( ) ( − ) + − + = +
光孤子通信系统的构成框图 光纤传输系统 EDFA 孤子源 调制 探测 隔离器 脉冲源 EDFA EDFA EDFA
光孤子通信系统的构成框图 孤子源 调制 脉冲源 探测 EDFA EDFA EDFA EDFA 光纤传输系统 隔离器
光孤子通信系统工作原理 光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉 冲(即光孤子流),作为信息载体进入光调制 器,使信息对光孤子进行调制。被调制的光孤 子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后,进入光 纤中传输。为克服光纤损耗带来的光孤子减弱 在光纤线路上周期性地插入EDFA,向光孤子注 入能量,以补偿光纤传输而引起的能量损耗, 确保光孤子稳定传输。在接收端,通过光检测 器和解调装置,恢复光孤子所承载的信息
光孤子通信系统工作原理 • 光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉 冲（即光孤子流），作为信息载体进入光调制 器，使信息对光孤子进行调制。被调制的光孤 子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光 纤中传输。为克服光纤损耗带来的光孤子减弱， 在光纤线路上周期性地插入EDFA，向光孤子注 入能量，以补偿光纤传输而引起的能量损耗， 确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测 器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息