光孤子通信是利用非線性效應來補償色散，保持光脈沖�光通信系統中穩(wěn)定的傳輸的一種通信方式。光孤子是指經過長距離傳輸而保持形狀不變的光脈沖。由于能保持形狀無畸變地�光纖傳輸，所以成�光纖通信的理想載波脈�，可望用于未來超長距離大容量的傳輸系統中，因此光孤子通信系統被認為是� 5代光纖通信系統，是 21世紀最有發(fā)展前途的通信方式�
1 孤子的發(fā)�
�(fā)現孤子現象源� 1834�，英國海軍工程師ScottRussell注意�，在一條窄河道�，迅速拉一條船前�，當船突然停下來�，就會在船頭形成一個孤立的水波迅速離開船�，并� 14~15km/h的速度前�，而波的形狀、幅度維持不�，前進了 2~3km才消� ，這就是著名的孤立波現�。孤立波是一種特殊形�(tài)的波，僅有一個波峰，可以在很長的傳輸距離內保持波形不�。但直到 1964年，人們才從孤立波現象中得到啟�(fā)，引入了 “孤子”概� 。所謂孤子，是指像粒子那樣的孤立的波�，能始終保持波形和速度不變，具有在互相碰撞�，仍能保持各自的形狀和速度的特� 。當這種現象出現在光波中時就稱為光孤��
2 光孤子形成的原理
1973年，Hasegawa� Tappert首次從理論上推斷，無損光纖中能形成光孤子 。他們認�，當光脈沖在光纖中傳播時，光纖的色散使得光脈沖中不同波長的光傳播速度不一�，結果導致光脈沖展寬，限制了傳輸容量和傳輸距�。但當光纖的入纖功率足夠大時，光纖中會產生非線性現�，它使傳輸中的光脈沖前沿群速度變大，后沿群速度變小，其結果是使脈沖縮窄。當光脈沖的展寬和壓縮的作用相平衡時，就會產生一種新的光脈沖，形成信號脈沖無畸變傳輸，這時的光脈沖是孤立的，不受外界條件影�，因此稱為光孤子 �1980年，貝爾實驗室的Mollenauer等人用實驗方法在光纖中觀察到了孤子脈� �
目前已提出的其實驗系統的構成方式種類較目前已提出的其實驗系統的構成方式種類較多，但其基本部件卻大體相�，圖1所示即為基本組成結��
�1中的孤子源并非嚴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，它產生滿足基本光孤子能量、頻譜等要求的超短脈�，這種超短光脈�，在光纖中傳輸時自動壓縮、整形而形成光孤子。電信號脈沖源通過調制器將信號載干光孤子流上，承載的光孤子流經EDFA放大后進入光纖傳輸。沿途需增加若干個光放大�，以補償光脈沖的能量損失。同時需平衡非線性效應與色散效應，最終保證脈沖的幅度與形狀�(wěn)定不�。在接收端通過光孤子檢測裝�、判決器或解調器及其它輔助裝置實現信號的還原�
光孤子通信的關鍵技術是光孤子源和光孤子傳輸中的能量補償�
光孤子源是由孤子激光器產生的。理論分析表� ，要使光孤子在光纖中�(wěn)定傳輸，輸出的光脈沖必須是嚴格的雙曲正割�，且振幅滿足一定的條件�
目前研發(fā)的光孤子源有很多種類，如：喇曼孤子激光器、參量孤子激光器、摻鉺光纖孤子激光器、增益開關半導體孤子激光器和鎖模半導體孤子激光器� ?，F在的光孤子通信試驗系統所使用的孤子源大多是采用重�(fā)頻率高、體積小的增益開關分布反饋（DFB）半導體激光器或鎖模半導體激光器。雖然它們的輸出光脈沖是高斯形且功率較小，但經光纖放大器放大�，就可獲得足以進行光孤子傳輸的峰值功率。另�，高斯光脈沖在色散光纖中傳輸時，光脈沖中心部分會在非線性自相位調制與色散效應共同作用下，逐漸演化為雙曲正割形。理論和實驗也都證明了光孤子傳輸對波形的要求并不嚴格�
從理論上�，理想的孤子可無失真地遠距離傳輸，但實際上光纖中是存在著光損耗的，這些損耗雖然不改變孤子形狀，但卻降低了孤子的脈沖幅�，導致脈沖最終失去孤子的特�。因此補償這些損耗成為光孤子傳輸的關鍵技術之一。目前，補償孤子能量的方法有 2種：1.采用分布式光放大器法，即采用受激喇曼散射放大器或分布式摻鉺光纖放大器。分布放大是指光孤子在沿整個光纖的傳輸過程中得以放�，此法通過向光纖注入泵浦光產生喇曼效應，以獲得的喇曼增益抵消光纖的損� �2.集總光放大器法，即采用摻鉺光纖放大器（EDFA）或半導體激光放大器。集總光孤子放大是將光放大器周期性地插入光纖光路中，通過調整其增益來補償2個光放大器之間的光纖損�，從而使光纖非線性效應所產生的脈沖壓縮恰好能補償光纖群色散所帶來的影� �
利用受激喇曼散射效應的光放大器是典型的分布式光放大器，它的優(yōu)點是光纖自身可以作為放大介質，然而石英光纖中的受激喇曼散射增益系數非常�，這就需要用高功率激光器作為光纖中產生受激喇曼散射的泵浦光源，另外，此放大器還存在一定的噪聲。集總放大方法是由摻鉺光纖放大器實現的，其穩(wěn)定性在理論和實驗上均已得到證明，是當前孤子通信使用的主要放大方��
孤子脈沖的特殊性質決定了它應用在通信領域的優(yōu)越�。與線性光纖通信比較，光孤子通信具有一系列顯著的優(yōu)� �1.容量大；2.誤碼率低、抗干擾能力��3.可以不用中繼��4.可以工作于高溫狀�(tài)，制成特殊的傳感��5.可以進行波分復用和偏振復�，提高碼速。光孤子通信的這些�(yōu)點和潛在�(fā)展前景引起了�(yè)界的廣泛關注，經過科學工作者的不斷努力，迄今為止的研究已為實現超高速、超長距離無中繼光孤子通信系統奠定了理�、技術和物質上的基礎�
未來光孤子通信的發(fā)展前景是�1.� ps(10 s)級光孤子通信實用化基礎上研究和開�(fā)多波長fs(10 s)級光孤子通信，進一步提高傳輸碼速率和傳輸距�，其期望速率提高� 100Gbit/s以上，直通距離提高到104km以上�2.在高性能 EDFA方面，獲得低噪聲 （NF4~6dB）高輸出 EDFA�3.利用 1.3 m窗口正色散區(qū)比負色散區(qū)大的特點，研� 1.3 m波長的光孤子通信�4.利用高階光孤子實現多值傳� �
當然，實際的光孤子通信還存在著許多技術上的難�，光孤子通信目前仍處于探索和實驗研究階段，但鑒于目前已取得的突破性進展，我們有理由相信，光孤子通信在超長距�、高速、大容量的全光通信�，特別是在海底光通信系統�，有著極大的�(fā)展前��
維庫電子�，電子知�，一查百��
已收錄詞�161774�
