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发信人: shaben (愚笨傻呆痴), 信区: CRC
标  题: 光通信技术
发信站: 紫丁香 (Wed Jul 14 13:12:35 1999), 转信

光通信际�
光通信技术
    光通信是本世纪在科学技术领域取得的最伟大的成就之一，它以光子为信息载体，
为现代化社会提供了一种最优秀的信息交换与传输手段。因此，光通信的成功，也是光
子学的成功；或者说，光通信的成就极大地促成了光子学的兴起与发展。
现代光通信，实质上包括无线光通信（空间光通信）与有线光通信（光纤通信）。空间
光通信虽诞生很早，但至今没有实质性的发展。反之，光纤通信则因光纤与半导体激光
器的成功和发展，加之信息社会的需求和刺激，大有异军突起之势！以至于今天一言光
通信即为光纤通信，或反之。另外，实际上光纤传感也被认为是光纤通信的一个重要分
支，二者之区别仅在于，前者传输和处理的不是来自人或社会交换的信息，而是被探测
物的有关信息。与光纤通信一样，光纤传感近年来也得到迅猛发展。特别是在未来的产
业化过程中，光纤传感将在光子产业中占据重要地位。
    1, 光纤通信的发展与挑战
    当前，光纤通信的常规系统均属于IM/DD模式，即发射端为激光二极管(LD)，通过光
强调制(IM)，将电信号转换为光信号，并送入光纤传输。在接收端，由光电二极管(PIN
或APD)直接检测(DD)，将光信号再转换为电信号，实现信息的处理和传递。
(1) IM/DD光通信的发展
由于LD及光纤的迅速发展，使得光纤通信IM/DD模式一直处于优势之中，因此成为现行光
纤通信的常规系统，技术已经相当成熟。例如在1550nm波段，光纤给出的"窗口"有近10
个THz的资源可供利用，就是对当前IM/DD模式的最好商用系统(速率:10Gb/s)也已经足够
了。现在正在研制和开发的几十个Gb/s以上的系统，主要困难来自LD、PIN或APD光子器
件。
    (2) 现行光纤通信系统的症结与挑战
现行光纤通信系统的IM/DD模式，只相当于早期电子通信的最简单的"火花脉冲发射/矿石
检波接收"模式。可见，现行光通信是"先进的系统落后的制式"。在这里，作为载子-光
子，只用了它的强度特性，而更多的优异特性，如它的相位频率，它的相干性、并行性
、波长可分性以及各种量子特性等却被"埋没"了。显然，这种单一的模式亦即成了现行
光通信的症结。在现代化社会对信息的需求日益俱增、信息高速公路急待开通的面前，
IM/DD光纤通信遇到了越来越严峻的挑战。
    2, 新一代光纤通信系统
为了全面利用光子作为信息载体的优越性，以充分开发光纤通信的雄厚资源，近年来已
提出和开拓出多种通信新模式，为新一代光纤通信的发展奠定了坚实基础。已提出和开
拓的新模式有复用通信、相干光通信、光孤子通信、量子光通信等。其中复用通信有显
著进展，近期已出现越来越多的实用化系统。光孤子通信也已发展到很高水平，但尚难
以推广普及。
    (1) 复用光纤通信
    主要有两种复用通信方式：光波复用和信号复用。前者是光子特有的，又分为波分
复用(WDM)与空分复用(SDM)；后者则是光子、电子共有的，又分为频分复用(FDM)和时分
复用(TDM)。其中发展最快的是WDM，近来TDM也开始被看好，它与WDM结合，开拓出Tb/s
量级的系统，已引起广泛关注。由于复用光源（如复用LD、复用EDFL等）在研制中有重
要进展，高密集型的复用与解复技术及相关器件也逐渐成熟，因此近年来，高密集型波
分复用(DWDM)、Tb/s量级的光通信系统不断涌现，而且有望很快转入实用化。在一定意
义上讲，超高速率、超大容量的DWDM光通信系统的开拓，为人类进入高度信息化的二十
一世纪提供了信心和基础。
空分复用光通信利用的是光的并行性，而光纤复用，即光缆，不是严格意义下的SDM。用
光的空间相干度调制与解调机制建立起来的光通信系统属于真正的SDM，但由于光纤中相
干性在传输中变坏，这种系统的长距离传输在短期内难以得到解决。偏振复用也遇到类
似的问题。
    光纤传象束不同于光缆，也应归属于SDM。现在已有105（象素）量级的光纤传象束
，作为高质量图象传输不成问题。但由于缺乏柔绕性，插入损耗也较大，因此目前只适
于短距离传输，尚难以用于通信。
FDM在相干光通信中有明显的竞争力，也有较好的应用实例。随着窄线宽和高稳定度的M
QW-DFB激光器的研制成功，已经开始考虑在DWDM系统中进一步插入FDM，以便最大限度地
利用光纤的带宽，进一步增大信息的传输容量。
(2) 光孤子通信
利用光纤具有的丰富的非线性效应，变不利为有利因素，一直是人们追逐的目标。光孤
子通信就是一个成功的实例。它是利用光纤中产生的一种三阶非线性-自相位调制(SPM)
效应来补偿传输过程中光脉冲的群色散，二者的平衡相抵导致光信号的无失真传输，即
光孤子传输。近年来，由于光孤子的丰富内涵，也由于它的诱人的应用前景，而引起了
极为广泛的关注。不断地有高水平的研制成果报道。在光孤子通信的研制方面取得优异
成就的主要集中于三家：美国的Bell、日本的NTT和英国的BTRL。实验中已获得的最高码
速典型值为100Gb/s，传输距离最高到达106km以上，因此，(码速距离)积可达10Tbkm/s
以上。
    我国最早的光孤子通信试验工作是在国家自然科学基金的支持下进行的，近期已成
功地完成了光孤子的传输实验。
(3) 相干光通信
    相干光通信的特点是：在发射端，除使用幅度调制外，还使用频率调制、相位调制
等，充分利用光子载体的相干性，挖掘其荷载潜力；在接收端，则采取相干检测，即引
入一本地光，与信号光进行外差检波，将幅度、频率、相位等方面荷载的信息分别检测
出来，完成通信的职能。显然，这种系统在传输的信息容量、检测灵敏度等方面具有很
大优势，例�

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