基于光孤子系統(tǒng)的傳輸與控制技術(shù)

　　Shiojiri和Fujii提出采用增大孤子幅度方法來增加放大器間距，稱為預(yù)加重。在用DSF和EDFA長距離孤子傳輸系統(tǒng)中，合理選擇方案和系統(tǒng)參數(shù)是保證脈沖穩(wěn)定傳輸的前提。然而，無論何種系統(tǒng)方案，均離不開預(yù)加重措施的使用。

　　但是在采用預(yù)加重措施之后，在傳輸距離L過大時，脈沖仍將失去孤子特性。為此在傳輸系統(tǒng)中應(yīng)考慮另一個重要參數(shù)，即放大器間距La。放大器間距與系統(tǒng)中 的許多參數(shù)如光纖損耗、色散、脈沖寬度、預(yù)加重因子等有關(guān)。從應(yīng)用角度看，La應(yīng)盡可能地大，以減少整個系統(tǒng)成本，但從孤子傳輸性能來看，放大器間距越 小，放大特性越接近分布放大，有利于孤子傳輸?shù)姆€(wěn)定。對于目前考慮的孤子通信系統(tǒng)，放大器間距一般取幾十公里。當(dāng)孤子系統(tǒng)的La確定后，色散長度Ld會隨 脈寬與色散的變化而變化，歸一化放大器間距Za=La/Ld有可能出現(xiàn)遠(yuǎn)小于1，約等于1或遠(yuǎn)大于1等多種情況，與此相應(yīng)的有平均孤子傳輸、動態(tài)孤子傳輸 和絕熱孤子傳輸?shù)炔煌瑐鬏敺绞健?p>　　預(yù)加重系統(tǒng)設(shè)計中，就幅度加重因子究竟應(yīng)該多大，提出過幾種方案：1）隨脈寬變化確定，預(yù)加 重功率引起的脈沖變窄正好補(bǔ)償損耗引起的脈沖展寬，這種方案稱為動態(tài)孤子通信方案。這種方案是基于孤子幅度在一定范圍內(nèi)變化時，表征孤子特征的面積不變定 理，其優(yōu)噗是放大器間距與孤子周期可比擬。2）隨功率變化確定，使加重后孤子脈沖的路徑平均功率等于不考慮光纖損耗時的基態(tài)孤子功率，故又稱為平均孤子通 信方案。

　　這一制約條件使La不能太大，通常La遠(yuǎn)小于孤子周期，但傳輸非常穩(wěn)定。而絕熱孤子方案利用兩個放大器間的傳輸絕熱特性，其加重因子比平均孤子傳輸所需的大，且不如平均孤子傳輸穩(wěn)定。

　　3　光孤子通信系統(tǒng)控制技術(shù)

　　對光孤子通信系統(tǒng)進(jìn)行控制的常見方法有：頻域?yàn)V波控制、時域同步幅度調(diào)制控制和同步相位調(diào)制控制、非線性增益控制、色散補(bǔ)償與色散配置控制等。

　　頻域?yàn)V波控制，是在周期性集總放大孤子傳輸系統(tǒng)每一光纖放大器（EDFA）后插入光濾波器，稱為導(dǎo)頻濾波器，以濾除EDFA產(chǎn)生的ASE噪聲邊帶，實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)定傳輸。這種控制方案亦稱為帶寬限制放大控制方案。光濾波器通常采用空氣隙尾纖型濾波器，基本結(jié)構(gòu)是一種法布里珀羅（E-P）標(biāo)準(zhǔn)具，由兩塊高反臘平行 鏡片構(gòu)成腔體。

　　為克服ASE噪聲和Gordon-Haus效應(yīng)對通信容量的限制，Nakazawa等人提出了另一種傳輸控制 方案，稱為同步幅度調(diào)制控制，此方案是在孤子傳輸線上，周期性地提取時鐘脈沖，控制接入線路的電光幅度調(diào)制器，對通過調(diào)制器的孤子脈沖進(jìn)行整形和定時，實(shí) 現(xiàn)抑制孤子到達(dá)時間抖動的目的。這是一種時域控制技術(shù)，不僅能克服Gordon-Haus效應(yīng)影響，對抑制相鄰孤子的相互作用亦十分有效。同步相位調(diào)制控 制方案是利用從孤子傳輸系統(tǒng)中提取的時鐘脈沖，控制經(jīng)過相位調(diào)制器的光孤子脈沖，對光孤子中心頻率進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到抑制孤子到達(dá)時間抖動的目的。1993年 Smith對同步相位調(diào)制控制孤子傳輸系統(tǒng)中的孤子定時抖動進(jìn)行過初步分析，發(fā)現(xiàn)在傳輸系統(tǒng)中點(diǎn)插入單級相位調(diào)制器，可使孤子到達(dá)時間抖動方差降低 80％。

　　采用頻域和時域控制，扼制ASE噪聲和Gordon-Haus效應(yīng)，提高光纖孤子通信系統(tǒng)通信容量的方法，是孤子傳 輸控制的兩種基本方法。采用濾波器構(gòu)成的帶寬限制頻域控制系統(tǒng)，能扼制Gordon-Haus效應(yīng)，但由于補(bǔ)償濾波器插入損耗的附加增益，會引起濾波器中 心頻率附近色散波累積，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定下降，通信容量得不到很大的提高。

　　非線性增益控制方案是利用系統(tǒng)增益特性隨光強(qiáng)非線性變化的控制機(jī)制，使強(qiáng)光透射率高，弱光透射率低，可以對受擾或畸變的孤子脈沖整形和消除線性色散波，實(shí)現(xiàn)孤子穩(wěn)定傳輸。

　　目前應(yīng)用較多的還有色散補(bǔ)償控制技術(shù)，用色散補(bǔ)償正由色散與非線性引起的波形畸變，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并可用普通單模光纖實(shí)現(xiàn)孤子通信。根據(jù)沿傳輸系統(tǒng)光纖 色散的分布方式，目前提出了終端正色散補(bǔ)償、終端正色散補(bǔ)償在線濾波控制混合補(bǔ)償、周期性集總式色散補(bǔ)償、周期性分布式補(bǔ)償?shù)葞追N方案。

　　色散補(bǔ)償控制技術(shù)用于光孤子通信系統(tǒng)可對ASE噪音、孤子相互作用與色散波等進(jìn)行控制，達(dá)到提高系統(tǒng)傳輸速率，增大傳輸距離和通信容量的目的。

　　4　光孤子通信現(xiàn)狀與展望

　　近幾年來，人們對光孤子研究的領(lǐng)域不斷拓展，取得了重大進(jìn)展，例如光孤子的WDM（波分復(fù)用）應(yīng)用，準(zhǔn)孤子理論，利用光孤子通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，最大放大間距受到限制，如何延長放大間距，減少放大器數(shù)量，降低成本是光孤子通信亟待解決的一個問題。

　　目前對光孤子的研究正在深入進(jìn)行。由于光孤子通信具有傳輸容量大、距離長、誤碼率低、抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因而一直受到國內(nèi)外科技工作者的關(guān)注，其研究前景無限寬廣。