光纖通信1PPT課件光纖通信1PPT課件光纖通信1PPT課件光纖通信1PPT課件第七章相干光通信技術(shù)7.1發(fā)展過(guò)程7.2工作原理7.3主要優(yōu)點(diǎn)7.4關(guān)鍵技術(shù)7.5廣泛應(yīng)用7.6研究現(xiàn)狀2PPT課件第七章相干光通信技術(shù)7.1發(fā)展過(guò)程2PPT課件第七章相干光通信技術(shù)7.1發(fā)展過(guò)程2PPT課件第七章7.1發(fā)展過(guò)程

目前已經(jīng)投入使用的光纖通信系統(tǒng)，都是采用光強(qiáng)調(diào)制——直接檢測(cè)（IM-DD）方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制和解調(diào)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，因而成本較低。但是這種方式?jīng)]有利用光載波的頻率和相位信息，限制了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。

為了追求更大的帶寬、更長(zhǎng)的傳輸距離、更高的接收靈敏度，降低居高不下的光器件的價(jià)格，三十多年前曾被寄予厚望的相干光通信技術(shù)，再次被放到了桌面。

3PPT課件7.1發(fā)展過(guò)程

目前已經(jīng)投入使7.1發(fā)展過(guò)程

目前已經(jīng)投入使

相干光通信的理論和實(shí)驗(yàn)始于80年代。由于相干光通信系統(tǒng)被公認(rèn)為具有靈敏度高的優(yōu)勢(shì)，各國(guó)在相干光傳輸技術(shù)上做了大量研究工作。經(jīng)過(guò)十年的研究，相干光通信進(jìn)入實(shí)用階段。英美日等國(guó)相繼進(jìn)行了一系列相干光通信實(shí)驗(yàn)。

直到20世紀(jì)90年代末，EDFA和WDM技術(shù)的發(fā)展，使得相干光通信技術(shù)的發(fā)展緩慢下來(lái)。在這段時(shí)期，靈敏度和每個(gè)通道的信息容量已經(jīng)不再備受關(guān)注。4PPT課件相干光通信的理論和實(shí)驗(yàn)始于80年代。由于相干光相干光通信的理論和實(shí)驗(yàn)始于80年代。由于相干光

然而，直接檢測(cè)的WDM系統(tǒng)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展和廣泛應(yīng)用后已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在的通信要求，所以，相干光傳輸技術(shù)的應(yīng)用將再次受到重視。

在數(shù)字通信方面，擴(kuò)大C波段放大器的容量，克服光纖色散效應(yīng)的惡化，以及增加自由空間傳輸?shù)娜萘亢头秶殉蔀橹匾目紤]因素。

在模擬通信方面，靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍成為系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，而他們都能通過(guò)相干光通信技術(shù)得到很大改善。

5PPT課件然而，直接檢測(cè)的WDM系統(tǒng)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展和廣泛應(yīng)然而，直接檢測(cè)的WDM系統(tǒng)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展和廣泛應(yīng)

同時(shí)，在這短短的二十年中，在光器件方面取得了很大的進(jìn)步，其中激光器的輸出功率，線寬，穩(wěn)定性和噪聲，以及光電探測(cè)器的帶寬，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波電子器件的性能也大幅提高。這些進(jìn)步使得相干光通信系統(tǒng)商用化變?yōu)榭赡堋?/p>

所謂相干光，就是兩個(gè)激光器產(chǎn)生的光場(chǎng)具有空間疊加、相互干涉性質(zhì)的激光。實(shí)現(xiàn)相干光通信，關(guān)鍵是要有頻率穩(wěn)定、相位和偏振方向可以控制的窄線譜激光器。

6PPT課件同時(shí)，在這短短的二十年中，在光器件方面取得了很大同時(shí)，在這短短的二十年中，在光器件方面取得了很大

相干光通信，像傳統(tǒng)的無(wú)線電通信一樣，在發(fā)射端對(duì)光載波進(jìn)行幅度、頻率或相位調(diào)制；在接收端，則采用零差檢測(cè)或外差檢測(cè)，這種檢測(cè)技術(shù)稱為相干檢測(cè)。和IM-DD方式相比，相干檢測(cè)可以把接收靈敏度提高20dB，相當(dāng)于在相同發(fā)射功率下，若光纖損耗為0.2dB/km,則傳輸距離增加100km。同時(shí)，采用相干檢測(cè)，可以更充分利用光纖帶寬。我們已經(jīng)看到，在光頻分復(fù)用（OFDM）中,信道頻率間隔可以達(dá)到10GHz以下，因而大幅度增加了傳輸容量。

7PPT課件相干光通信，像傳統(tǒng)的無(wú)線電通信一樣，在發(fā)射端對(duì)光相干光通信，像傳統(tǒng)的無(wú)線電通信一樣，在發(fā)射端對(duì)光7.2工作原理

光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻器作用后，在光場(chǎng)發(fā)生干涉，然后由平衡接收機(jī)進(jìn)行探測(cè)。由光檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理（包括放大、解調(diào)）后，以基帶信號(hào)的形式輸出。8PPT課件7.2工作原理

光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振7.2工作原理

光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振圖4.1（b）為相干檢測(cè)原理方框圖9PPT課件圖4.1（b）為相干檢測(cè)原理方框圖9PPT課件圖4.1（b）為相干檢測(cè)原理方框圖9PPT課件圖4.1（b）10PPT課件10PPT課件10PPT課件10PPT課件

相干光通信根據(jù)本振光頻率與信號(hào)光頻率不等或相等，可分為外差檢測(cè)和零差檢測(cè)。前者光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后獲得的是中頻信號(hào)，還需二次解調(diào)才能被轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)。后者光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后被直接轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，不用二次解調(diào)，但它要求本振光頻率與信號(hào)光頻率嚴(yán)格匹配，并且要求本振光與信號(hào)光的相位鎖定。11PPT課件相干光通信根據(jù)本振光頻率與信號(hào)光頻率不相干光通信根據(jù)本振光頻率與信號(hào)光頻率不7.2.1

零差檢測(cè)和外差檢測(cè)

圖（1）干涉后的瞬時(shí)光功率變化12PPT課件7.2.1

零差檢測(cè)和外差檢測(cè)

圖（1）干涉后的瞬時(shí)光功率變7.2.1

零差檢測(cè)和外差檢測(cè)

圖（1）干涉后的瞬時(shí)光功率變

由圖可知，中頻信號(hào)功率分量帶有信號(hào)光的幅度、頻率或相位信息，在發(fā)射端，無(wú)論采取什么調(diào)制方式，都可以從中頻功率分量反映出來(lái)。

所以，相干光接收方式是適用于所有調(diào)制方式的通信體制。13PPT課件由圖可知，中頻信號(hào)功率分量帶有信號(hào)光的幅度、頻率或由圖可知，中頻信號(hào)功率分量帶有信號(hào)光的幅度、頻率或（1）零差檢測(cè)

選擇,即,這種情況稱為零差檢測(cè)。這時(shí)，濾去直流分量，檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)電流為

14PPT課件（1）零差檢測(cè)

選擇,即（1）零差檢測(cè)

選擇,即

式中，為光檢測(cè)器的響應(yīng)度。通常，同時(shí)考慮到本振光相位鎖定在信號(hào)光相位上，即，這樣便得到零差檢測(cè)的光生信號(hào)電流為

15PPT課件式中，為光檢測(cè)器的響應(yīng)度。通常，同式中，為光檢測(cè)器的響應(yīng)度。通常，同

零差檢測(cè)信號(hào)平均功率與直接檢測(cè)信號(hào)平均功率之比為

由于,零差檢測(cè)接收信號(hào)功率可以放大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。16PPT課件零差檢測(cè)信號(hào)平均功率與直接檢測(cè)信號(hào)平均功率之比零差檢測(cè)信號(hào)平均功率與直接檢測(cè)信號(hào)平均功率之比

雖然噪聲也增加了，但是靈敏度仍然可以大幅度提高。零差檢測(cè)技術(shù)非常復(fù)雜，因?yàn)橄辔蛔兓浅ｌ`敏，必須控制相位，使保持不變，同時(shí)要求和相等。17PPT課件雖然噪聲也增加了，但是靈敏度仍然可以大幅度提高。零雖然噪聲也增加了，但是靈敏度仍然可以大幅度提高。零（2）外差檢測(cè)

選擇，即﹥0,這種情況稱為外差檢測(cè)。通常選擇

在微波范圍。這時(shí)，中頻信號(hào)產(chǎn)生的電流

18PPT課件（2）外差檢測(cè)

選擇，即（2）外差檢測(cè)

選擇，即

與零差檢測(cè)相似,外差檢測(cè)接受光功率放大了，從而提高了靈敏度。外差檢測(cè)信噪比的改善比零差檢測(cè)低3dB，但是接收機(jī)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)椴灰欢ㄐ枰辔绘i定。19PPT課件與零差檢測(cè)相似,外差檢測(cè)接受光功率放大了，從而提高與零差檢測(cè)相似,外差檢測(cè)接受光功率放大了，從而提高7.2.2調(diào)制與解調(diào)20PPT課件7.2.2調(diào)制與解調(diào)20PPT課件7.2.2調(diào)制與解調(diào)20PPT課件7.2.2調(diào)制與解調(diào)20P

相干檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)光載波實(shí)施幅度、頻率和相位調(diào)制。數(shù)字信號(hào)的三種調(diào)制方式如下：

（1）幅移鍵控（ASK）：基帶數(shù)字信號(hào)只控制光載波的幅度變化。

（2）相移鍵控(PSK)：基帶信號(hào)只控制光載波的相位變化。

（3）頻移鍵控(FSK)：基帶數(shù)字信號(hào)只控制光載波的頻率變化。21PPT課件相干檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)光載波實(shí)施幅度、頻相干檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)光載波實(shí)施幅度、頻圖7.40示出ASK、PSK、FSK調(diào)節(jié)方式的比較22PPT課件圖7.40示出ASK、PSK、FSK調(diào)節(jié)方式的比較22PPT圖7.40示出ASK、PSK、FSK調(diào)節(jié)方式的比較22PPTASK的光場(chǎng)表達(dá)式

式中，和、分別為光場(chǎng)的幅度、中心角頻率和相移。23PPT課件ASK的光場(chǎng)表達(dá)式

式中，和、ASK的光場(chǎng)表達(dá)式

式中，和、

在ASK中，只對(duì)幅度進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制，在大多數(shù)情況下，“0”碼傳輸時(shí)，使=0，“1”碼傳輸時(shí)，使=1（或者相反）24PPT課件在ASK中，只對(duì)幅度進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制，在大在ASK中，只對(duì)幅度進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制，在大

ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣只有輸出光信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)而變化。如果采用直接光強(qiáng)調(diào)制，幅度變化將引起相位變化。外調(diào)制器通常用鈦擴(kuò)散的鈮酸鋰波導(dǎo)制成的馬赫-增德爾（MZ）干涉型調(diào)制器，這種調(diào)制器在消光比大于20時(shí)，調(diào)制帶寬可達(dá)20GHz。25PPT課件ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣只有輸出ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣只有輸出PSK的光場(chǎng)表達(dá)式

在PSK中，只對(duì)相位進(jìn)行調(diào)制。傳輸“0”碼和傳輸“1”碼時(shí)，分別用兩個(gè)不同相位（通常相差180度）表示。26PPT課件PSK的光場(chǎng)表達(dá)式

在PPSK的光場(chǎng)表達(dá)式

在P

如果傳輸“0”碼時(shí)，光載波相位不變，傳輸“1”碼時(shí)，相位改變180度，這種情況稱為差分相移鍵控（DPSK）。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制，相位通常取0和兩個(gè)值。電脈沖為“0”碼時(shí)，光脈沖相位為0，電脈沖為“1”碼時(shí)，光脈沖相位為。27PPT課件如果傳輸“0”碼時(shí)，光載波相位不變，傳輸“如果傳輸“0”碼時(shí)，光載波相位不變，傳輸“

PSK系統(tǒng)必須用相干檢測(cè)，如果信號(hào)光不與本振光混頻而直接檢測(cè)，所有的信息都將丟失。和ASK使用的MZ干涉型調(diào)制器相比，設(shè)計(jì)PSK使用的相位調(diào)制器要簡(jiǎn)單得多。這種調(diào)制器只要選擇適當(dāng)?shù)拿}沖電壓，就可以使相位改變180度。但是在接收端光波相位必須非常穩(wěn)定，因此對(duì)發(fā)射和本振激光器的譜寬要求非?？量獭?8PPT課件PSK系統(tǒng)必須用相干檢測(cè)，如果信號(hào)光不與PSK系統(tǒng)必須用相干檢測(cè)，如果信號(hào)光不與

由于相干檢測(cè)時(shí)存在零差檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種檢測(cè)方式，導(dǎo)致相干檢測(cè)的解調(diào)方式也存在兩種：同步解調(diào)和異步解調(diào)。

用零差檢測(cè)時(shí)，光信號(hào)直接被調(diào)為基帶信號(hào)，要求本振光的頻率和信號(hào)光的頻率完全相同，本振光的相位要鎖定在信號(hào)光的相位上，因而要采用同步解調(diào)。29PPT課件由于相干檢測(cè)時(shí)存在零差檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種檢測(cè)方由于相干檢測(cè)時(shí)存在零差檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種檢測(cè)方

同步解調(diào)雖然在概念上很簡(jiǎn)單，但是技術(shù)上卻很復(fù)雜。

用外差檢測(cè)時(shí)，不要求本振光和信號(hào)光的頻率相同，也不要求相位鎖定，可以采用同步解調(diào)，也可以采用異步解調(diào)。對(duì)于PSK信號(hào)，必須采用同步解調(diào)。

異步解調(diào)簡(jiǎn)化了接收機(jī)設(shè)計(jì)，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，只要采用檢測(cè)器（實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波和頻率檢波）即可。30PPT課件同步解調(diào)雖然在概念上很簡(jiǎn)單，但是技術(shù)上卻很復(fù)雜。同步解調(diào)雖然在概念上很簡(jiǎn)單，但是技術(shù)上卻很復(fù)雜。

圖7.41和圖7.42分別示出外差同步解調(diào)和外差異步解調(diào)的接收機(jī)方框圖。兩種解調(diào)方式的差別在于接收機(jī)的噪聲對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。異步解調(diào)要求的信噪比（SNR）比同步解調(diào)高，但異步解調(diào)接收機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，對(duì)信號(hào)光源和本振光源的譜線要求適中，因而在相干光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起著主要作用。31PPT課件圖7.41和圖7.42分別示出外差同步解調(diào)和外圖7.41和圖7.42分別示出外差同步解調(diào)和外32PPT課件32PPT課件32PPT課件32PPT課件33PPT課件33PPT課件33PPT課件33PPT課件7.2.3主要參數(shù)

1.信噪比

相干光通信系統(tǒng)光接收機(jī)的性能可以用信噪比（SNR）定量描述。

2.誤碼率

誤碼率（BER）可以由信噪（SNR）比確定。

3.靈敏度34PPT課件7.2.3主要參數(shù)

1.信噪比

相干光通信系統(tǒng)7.2.3主要參數(shù)

1.信噪比

相干光通信系統(tǒng)7.3主要優(yōu)點(diǎn)

(1)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)

相干光通信的一個(gè)最主要的優(yōu)點(diǎn)是相干檢測(cè)能改善接收機(jī)的靈敏度。在相同的條件下，相干接收機(jī)比普通接收機(jī)提高靈敏度約20dB，線路功率損耗可以增加到50dB,可以達(dá)到接近散粒噪聲極限的高性能，因此也增加了光信號(hào)的無(wú)中繼傳輸距離。35PPT課件7.3主要優(yōu)點(diǎn)

(1)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)

相干光7.3主要優(yōu)點(diǎn)

(1)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)

相干光

由于相干光系統(tǒng)通常受光纖損耗限制，所以周期地使用光纖放大器可以增加傳輸距離。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)每隔80km加入一個(gè)摻鉺光纖放大器，25個(gè)EDFA可以使2.5Gb/s系統(tǒng)的傳輸距離增加到2200km以上，非常適合干線網(wǎng)使用。36PPT課件由于相干光系統(tǒng)通常受光纖損耗限制，所以周期地使用由于相干光系統(tǒng)通常受光纖損耗限制，所以周期地使用(2)選擇性好，通信容量大

相干光通信的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以提高接收機(jī)的選擇性。在直接探測(cè)中接收波段較大，為抑制噪聲的干擾，探測(cè)器前通常需要放置窄帶濾光片，但其頻帶仍然很寬。在相干外差探測(cè)中，探測(cè)的是信號(hào)光和本振光的混頻光，因此只有在中頻頻帶內(nèi)的噪聲才可以進(jìn)入系統(tǒng)，而其它噪聲均被帶寬較窄的微波中頻放大器濾除。37PPT課件(2)選擇性好，通信容量大

相干光通信的另一個(gè)主要(2)選擇性好，通信容量大

相干光通信的另一個(gè)主要

可見，外差探測(cè)有良好的濾波性能，這在星間光通信的應(yīng)用中會(huì)發(fā)揮重大作用。此外，由于相干探測(cè)優(yōu)良的波長(zhǎng)選擇性，相干接收機(jī)可以使頻分復(fù)用系統(tǒng)的頻率間隔大大縮小，即密集波分復(fù)（DWDM），取代傳統(tǒng)光復(fù)用技術(shù)的大頻率間隔，具有以頻分復(fù)用實(shí)現(xiàn)更高傳輸速率的潛在優(yōu)勢(shì)。

38PPT課件可見，外差探測(cè)有良好的濾波性能，這在星間光通信的應(yīng)用可見，外差探測(cè)有良好的濾波性能，這在星間光通信的應(yīng)用(3)具有多種調(diào)制方式

在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中，只能使用強(qiáng)度調(diào)制方式對(duì)光進(jìn)行調(diào)制。而在相干光通信中，除了可以對(duì)光進(jìn)行幅度調(diào)制外，還可以使用PSK、DPSK、QAM等多種調(diào)制方式，利于靈活的工程應(yīng)用，雖然這樣增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，但是相對(duì)于傳統(tǒng)光接收機(jī)只響應(yīng)光功率的變化，相干探測(cè)可探測(cè)出光的振幅、頻率、位相、偏振態(tài)攜帶的所有信息，因此相干探測(cè)是一種全息探測(cè)技術(shù)，這是傳統(tǒng)光通信技術(shù)不具備的。39PPT課件(3)具有多種調(diào)制方式

在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中，只能使用(3)具有多種調(diào)制方式

在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中，只能使用7.4關(guān)鍵技術(shù)

（1）外光調(diào)制技術(shù)

由于半導(dǎo)體激光器光載波的某一參數(shù)直接調(diào)制時(shí)，總會(huì)附帶對(duì)其他參數(shù)的寄生振蕩，如ASK直接調(diào)制伴隨著相位的變化，而且調(diào)制深度也會(huì)受到限制。另外，還會(huì)遇到頻率特性不平坦及張遲振蕩等問(wèn)題。因此，在相干光通信系統(tǒng)中，除FSK可以采用直接注入電流進(jìn)行頻率調(diào)制外，其他都是采用外光調(diào)制方式。40PPT課件7.4關(guān)鍵技術(shù)

（1）外光調(diào)制技術(shù)

由于半導(dǎo)體7.4關(guān)鍵技術(shù)

（1）外光調(diào)制技術(shù)

由于半導(dǎo)體（2）匹配技術(shù)

相干光系統(tǒng)要求信號(hào)光和本振光混頻時(shí)滿足嚴(yán)格的匹配條件，才能獲得高的混頻效率，這種匹配包括空間匹配、波前匹配和偏振方向匹配。

（3）頻率穩(wěn)定技術(shù)

必須使用頻率穩(wěn)定的激光器作為發(fā)射光源和接收機(jī)本振光源。41PPT課件（2）匹配技術(shù)

相干光系統(tǒng)要求信號(hào)光和本振光混頻時(shí)滿（2）匹配技術(shù)

相干光系統(tǒng)要求信號(hào)光和本振光混頻時(shí)滿激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有三種：

(1)將激光器的頻率穩(wěn)定在某種原子或分子的諧振頻率上。在1.5μm波長(zhǎng)上，已經(jīng)利用氨、氪等氣體分子實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體激光器的頻率穩(wěn)定。

(2)利用光生伏特效應(yīng)、鎖相環(huán)技術(shù)、主激光器調(diào)頻邊帶的方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻。

（3）利用半導(dǎo)體激光器工作溫度的自動(dòng)控制、注入電流的自動(dòng)控制等方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻。42PPT課件激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有三種：

(1)將激光器的頻率激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有三種：

(1)將激光器的頻率（4）頻譜壓縮技術(shù)

在相干光通信中，光源的頻譜寬度也是非常重要的。只有保證光波的窄線寬，才能克服半導(dǎo)體激光器量子調(diào)幅和調(diào)頻噪聲對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響，而且，其線寬越窄，由相位漂移而產(chǎn)生的相位噪聲越小。

為了滿足相干光通信對(duì)光源譜寬的要求，通常采取譜寬壓縮技術(shù)。主要有兩種實(shí)現(xiàn)方法：43PPT課件（4）頻譜壓縮技術(shù)

在相干光通信中，光源的頻譜寬度也是（4）頻譜壓縮技術(shù)

在相干光通信中，光源的頻譜寬度也是

(1)注入鎖模法，即利用一個(gè)以單模工作的頻率穩(wěn)定、譜線很窄的主激光器的光功率，注入到需要寬度壓縮的從激光器，從而使從激光器保持和主激光器一致的譜線寬度、單模性及頻率穩(wěn)定度；

(2)外腔反饋法。外腔反饋是將激光器的輸出通過(guò)一個(gè)外部反射鏡和光柵等色散元件反射回腔內(nèi)，并用外腔的選模特性獲得動(dòng)態(tài)單模運(yùn)用以及依靠外腔的高Q值壓縮譜線寬度。44PPT課件

(1)注入鎖模法，即利用一個(gè)以單模工作的頻率穩(wěn)定、譜

(1)注入鎖模法，即利用一個(gè)以單模工作的頻率穩(wěn)定、譜45PPT課件45PPT課件45PPT課件45PPT課件（5）偏振保持技術(shù)

在相干光通信中，相干探測(cè)要求信號(hào)光束與本振光束必須有相同的偏振方向，也就是說(shuō)，兩者的電矢量方向必須相同，才能獲得相干接收所能提供的高靈敏度。否則，會(huì)使相干探測(cè)靈敏度下降。46PPT課件（5）偏振保持技術(shù)

在相干光通信中，相干探測(cè)要求信號(hào)（5）偏振保持技術(shù)

在相干光通信中，相干探測(cè)要求信號(hào)47PPT課件47PPT課件47PPT課件47PPT課件7.5廣泛應(yīng)用

相干光通信得到迅速的發(fā)展，特別是對(duì)于超長(zhǎng)波長(zhǎng)(2～10μm)光纖通信來(lái)說(shuō)，相干光通信最具吸引力。因?yàn)樵诔L(zhǎng)波段，由瑞利散射決定的光纖固有損耗將進(jìn)一步大幅度降低(瑞利散射損耗與1/λ4成正比)，故從理論上講，在超長(zhǎng)波段可實(shí)現(xiàn)光纖跨洋無(wú)中繼通信。而在超長(zhǎng)波段，直接探測(cè)接收機(jī)的性能很差，于是相干探測(cè)方式自然而然地成為唯一的選擇了。

48PPT課件7.5廣泛應(yīng)用

相干光通信得到迅速的發(fā)展，特別7.5廣泛應(yīng)用

相干光通信得到迅速的發(fā)展，特別

超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)是以超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖作為傳輸介質(zhì)，利用相干光通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離通信。在該系統(tǒng)中超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖是至關(guān)重要的。它是一種更為理想的傳輸媒介，其主要特性是損耗特低，只有石英材料的千萬(wàn)分之一。因此，超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖可以實(shí)現(xiàn)數(shù)萬(wàn)公里傳輸，而不要中繼站。它可以大幅度降低通信成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)海底通信和沙漠地區(qū)更具有特別重要的意義。

49PPT課件超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)是以超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖作為傳輸介質(zhì)超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)是以超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖作為傳輸介質(zhì)

隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，利用超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離通信是今后光纖通信發(fā)展的重要方向之一。但是，超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)還存在許多需要進(jìn)一步解決的技術(shù)問(wèn)題，如超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖的材料提純與拉制，采用相干光通信技術(shù)所要求的超長(zhǎng)波長(zhǎng)光源及超長(zhǎng)波長(zhǎng)相干光電檢波器等。

除以上應(yīng)用外，由于相干光通信的出色的信道選擇性和靈敏度，在頻分復(fù)用CATV分配網(wǎng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。50PPT課件隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，利用超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，利用超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)7.6研究現(xiàn)狀

相干光通信技術(shù)經(jīng)過(guò)二十年的蟄伏期，越來(lái)越受到國(guó)際學(xué)術(shù)界的關(guān)注。從2005年到現(xiàn)在，每年都有大量關(guān)于相干光通信技術(shù)的文章在國(guó)際高水平會(huì)議和期刊上發(fā)表，內(nèi)容包括各種新型調(diào)制碼型，如正交頻分復(fù)用（OFDM）、偏振差分四相移相鍵控（POLMUX-DQPSK），相干光通信關(guān)鍵技術(shù)的研究，相干光通信中的高速數(shù)字信號(hào)處理，以及相干光接收機(jī)集成化的研究等。51PPT課件7.6研究現(xiàn)狀

相干光通信技術(shù)經(jīng)過(guò)二十年的蟄伏期，7.6研究現(xiàn)狀

相干光通信技術(shù)經(jīng)過(guò)二十年的蟄伏期，

此類研究多集中于美國(guó)、日本、德國(guó)、荷蘭、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，中國(guó)也有相關(guān)研究文章發(fā)表，但數(shù)量較少。相干光通信方面的理論研究正在逐年升溫，商品化研發(fā)也在緩慢進(jìn)行。

相信在不久的將來(lái)，傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)過(guò)于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)必定無(wú)法滿足高速增長(zhǎng)的帶寬需求，而相干光通信技術(shù)作為一個(gè)研究相對(duì)成熟，潛在優(yōu)勢(shì)明顯的選擇，必定會(huì)受到學(xué)術(shù)界和企業(yè)越來(lái)越多的關(guān)注。

52PPT課件此類研究多集中于美國(guó)、日本、德國(guó)、荷蘭、英國(guó)等發(fā)此類研究多集中于美國(guó)、日本、德國(guó)、荷蘭、英國(guó)等發(fā)本章結(jié)束

謝謝53PPT課件本章結(jié)束

謝謝53PPT課件本章結(jié)束

謝謝53PPT課件本章結(jié)束

謝謝53PPT課件光纖通信54PPT課件光纖通信1PPT課件光纖通信54PPT課件光纖通信1PPT課件第七章相干光通信技術(shù)7.1發(fā)展過(guò)程7.2工作原理7.3主要優(yōu)點(diǎn)7.4關(guān)鍵技術(shù)7.5廣泛應(yīng)用7.6研究現(xiàn)狀55PPT課件第七章相干光通信技術(shù)7.1發(fā)展過(guò)程2PPT課件第七章相干光通信技術(shù)7.1發(fā)展過(guò)程55PPT課件第七章7.1發(fā)展過(guò)程

目前已經(jīng)投入使用的光纖通信系統(tǒng)，都是采用光強(qiáng)調(diào)制——直接檢測(cè)（IM-DD）方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制和解調(diào)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，因而成本較低。但是這種方式?jīng)]有利用光載波的頻率和相位信息，限制了系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。

為了追求更大的帶寬、更長(zhǎng)的傳輸距離、更高的接收靈敏度，降低居高不下的光器件的價(jià)格，三十多年前曾被寄予厚望的相干光通信技術(shù)，再次被放到了桌面。

56PPT課件7.1發(fā)展過(guò)程

目前已經(jīng)投入使7.1發(fā)展過(guò)程

目前已經(jīng)投入使

相干光通信的理論和實(shí)驗(yàn)始于80年代。由于相干光通信系統(tǒng)被公認(rèn)為具有靈敏度高的優(yōu)勢(shì)，各國(guó)在相干光傳輸技術(shù)上做了大量研究工作。經(jīng)過(guò)十年的研究，相干光通信進(jìn)入實(shí)用階段。英美日等國(guó)相繼進(jìn)行了一系列相干光通信實(shí)驗(yàn)。

直到20世紀(jì)90年代末，EDFA和WDM技術(shù)的發(fā)展，使得相干光通信技術(shù)的發(fā)展緩慢下來(lái)。在這段時(shí)期，靈敏度和每個(gè)通道的信息容量已經(jīng)不再備受關(guān)注。57PPT課件相干光通信的理論和實(shí)驗(yàn)始于80年代。由于相干光相干光通信的理論和實(shí)驗(yàn)始于80年代。由于相干光

然而，直接檢測(cè)的WDM系統(tǒng)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展和廣泛應(yīng)用后已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在的通信要求，所以，相干光傳輸技術(shù)的應(yīng)用將再次受到重視。

在數(shù)字通信方面，擴(kuò)大C波段放大器的容量，克服光纖色散效應(yīng)的惡化，以及增加自由空間傳輸?shù)娜萘亢头秶殉蔀橹匾目紤]因素。

在模擬通信方面，靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍成為系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，而他們都能通過(guò)相干光通信技術(shù)得到很大改善。

58PPT課件然而，直接檢測(cè)的WDM系統(tǒng)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展和廣泛應(yīng)然而，直接檢測(cè)的WDM系統(tǒng)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展和廣泛應(yīng)

同時(shí)，在這短短的二十年中，在光器件方面取得了很大的進(jìn)步，其中激光器的輸出功率，線寬，穩(wěn)定性和噪聲，以及光電探測(cè)器的帶寬，功率容量和共模抑制比都得到了很大的改善，微波電子器件的性能也大幅提高。這些進(jìn)步使得相干光通信系統(tǒng)商用化變?yōu)榭赡堋?/p>

所謂相干光，就是兩個(gè)激光器產(chǎn)生的光場(chǎng)具有空間疊加、相互干涉性質(zhì)的激光。實(shí)現(xiàn)相干光通信，關(guān)鍵是要有頻率穩(wěn)定、相位和偏振方向可以控制的窄線譜激光器。

59PPT課件同時(shí)，在這短短的二十年中，在光器件方面取得了很大同時(shí)，在這短短的二十年中，在光器件方面取得了很大

相干光通信，像傳統(tǒng)的無(wú)線電通信一樣，在發(fā)射端對(duì)光載波進(jìn)行幅度、頻率或相位調(diào)制；在接收端，則采用零差檢測(cè)或外差檢測(cè)，這種檢測(cè)技術(shù)稱為相干檢測(cè)。和IM-DD方式相比，相干檢測(cè)可以把接收靈敏度提高20dB，相當(dāng)于在相同發(fā)射功率下，若光纖損耗為0.2dB/km,則傳輸距離增加100km。同時(shí)，采用相干檢測(cè)，可以更充分利用光纖帶寬。我們已經(jīng)看到，在光頻分復(fù)用（OFDM）中,信道頻率間隔可以達(dá)到10GHz以下，因而大幅度增加了傳輸容量。

60PPT課件相干光通信，像傳統(tǒng)的無(wú)線電通信一樣，在發(fā)射端對(duì)光相干光通信，像傳統(tǒng)的無(wú)線電通信一樣，在發(fā)射端對(duì)光7.2工作原理

光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻器作用后，在光場(chǎng)發(fā)生干涉，然后由平衡接收機(jī)進(jìn)行探測(cè)。由光檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理（包括放大、解調(diào)）后，以基帶信號(hào)的形式輸出。61PPT課件7.2工作原理

光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振7.2工作原理

光接收機(jī)接收的信號(hào)光和本地振圖4.1（b）為相干檢測(cè)原理方框圖62PPT課件圖4.1（b）為相干檢測(cè)原理方框圖9PPT課件圖4.1（b）為相干檢測(cè)原理方框圖62PPT課件圖4.1（b63PPT課件10PPT課件63PPT課件10PPT課件

相干光通信根據(jù)本振光頻率與信號(hào)光頻率不等或相等，可分為外差檢測(cè)和零差檢測(cè)。前者光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后獲得的是中頻信號(hào)，還需二次解調(diào)才能被轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)。后者光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后被直接轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，不用二次解調(diào)，但它要求本振光頻率與信號(hào)光頻率嚴(yán)格匹配，并且要求本振光與信號(hào)光的相位鎖定。64PPT課件相干光通信根據(jù)本振光頻率與信號(hào)光頻率不相干光通信根據(jù)本振光頻率與信號(hào)光頻率不7.2.1

零差檢測(cè)和外差檢測(cè)

圖（1）干涉后的瞬時(shí)光功率變化65PPT課件7.2.1

零差檢測(cè)和外差檢測(cè)

圖（1）干涉后的瞬時(shí)光功率變7.2.1

零差檢測(cè)和外差檢測(cè)

圖（1）干涉后的瞬時(shí)光功率變

由圖可知，中頻信號(hào)功率分量帶有信號(hào)光的幅度、頻率或相位信息，在發(fā)射端，無(wú)論采取什么調(diào)制方式，都可以從中頻功率分量反映出來(lái)。

所以，相干光接收方式是適用于所有調(diào)制方式的通信體制。66PPT課件由圖可知，中頻信號(hào)功率分量帶有信號(hào)光的幅度、頻率或由圖可知，中頻信號(hào)功率分量帶有信號(hào)光的幅度、頻率或（1）零差檢測(cè)

選擇,即,這種情況稱為零差檢測(cè)。這時(shí)，濾去直流分量，檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)電流為

67PPT課件（1）零差檢測(cè)

選擇,即（1）零差檢測(cè)

選擇,即

式中，為光檢測(cè)器的響應(yīng)度。通常，同時(shí)考慮到本振光相位鎖定在信號(hào)光相位上，即，這樣便得到零差檢測(cè)的光生信號(hào)電流為

68PPT課件式中，為光檢測(cè)器的響應(yīng)度。通常，同式中，為光檢測(cè)器的響應(yīng)度。通常，同

零差檢測(cè)信號(hào)平均功率與直接檢測(cè)信號(hào)平均功率之比為

由于,零差檢測(cè)接收信號(hào)功率可以放大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。69PPT課件零差檢測(cè)信號(hào)平均功率與直接檢測(cè)信號(hào)平均功率之比零差檢測(cè)信號(hào)平均功率與直接檢測(cè)信號(hào)平均功率之比

雖然噪聲也增加了，但是靈敏度仍然可以大幅度提高。零差檢測(cè)技術(shù)非常復(fù)雜，因?yàn)橄辔蛔兓浅ｌ`敏，必須控制相位，使保持不變，同時(shí)要求和相等。70PPT課件雖然噪聲也增加了，但是靈敏度仍然可以大幅度提高。零雖然噪聲也增加了，但是靈敏度仍然可以大幅度提高。零（2）外差檢測(cè)

選擇，即﹥0,這種情況稱為外差檢測(cè)。通常選擇

在微波范圍。這時(shí)，中頻信號(hào)產(chǎn)生的電流

71PPT課件（2）外差檢測(cè)

選擇，即（2）外差檢測(cè)

選擇，即

與零差檢測(cè)相似,外差檢測(cè)接受光功率放大了，從而提高了靈敏度。外差檢測(cè)信噪比的改善比零差檢測(cè)低3dB，但是接收機(jī)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)椴灰欢ㄐ枰辔绘i定。72PPT課件與零差檢測(cè)相似,外差檢測(cè)接受光功率放大了，從而提高與零差檢測(cè)相似,外差檢測(cè)接受光功率放大了，從而提高7.2.2調(diào)制與解調(diào)73PPT課件7.2.2調(diào)制與解調(diào)20PPT課件7.2.2調(diào)制與解調(diào)73PPT課件7.2.2調(diào)制與解調(diào)20P

相干檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)光載波實(shí)施幅度、頻率和相位調(diào)制。數(shù)字信號(hào)的三種調(diào)制方式如下：

（1）幅移鍵控（ASK）：基帶數(shù)字信號(hào)只控制光載波的幅度變化。

（2）相移鍵控(PSK)：基帶信號(hào)只控制光載波的相位變化。

（3）頻移鍵控(FSK)：基帶數(shù)字信號(hào)只控制光載波的頻率變化。74PPT課件相干檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)光載波實(shí)施幅度、頻相干檢測(cè)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)光載波實(shí)施幅度、頻圖7.40示出ASK、PSK、FSK調(diào)節(jié)方式的比較75PPT課件圖7.40示出ASK、PSK、FSK調(diào)節(jié)方式的比較22PPT圖7.40示出ASK、PSK、FSK調(diào)節(jié)方式的比較75PPTASK的光場(chǎng)表達(dá)式

式中，和、分別為光場(chǎng)的幅度、中心角頻率和相移。76PPT課件ASK的光場(chǎng)表達(dá)式

式中，和、ASK的光場(chǎng)表達(dá)式

式中，和、

在ASK中，只對(duì)幅度進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制，在大多數(shù)情況下，“0”碼傳輸時(shí)，使=0，“1”碼傳輸時(shí)，使=1（或者相反）77PPT課件在ASK中，只對(duì)幅度進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制，在大在ASK中，只對(duì)幅度進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制，在大

ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣只有輸出光信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)而變化。如果采用直接光強(qiáng)調(diào)制，幅度變化將引起相位變化。外調(diào)制器通常用鈦擴(kuò)散的鈮酸鋰波導(dǎo)制成的馬赫-增德爾（MZ）干涉型調(diào)制器，這種調(diào)制器在消光比大于20時(shí)，調(diào)制帶寬可達(dá)20GHz。78PPT課件ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣只有輸出ASK相干通信系統(tǒng)必須采用外調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣只有輸出PSK的光場(chǎng)表達(dá)式

在PSK中，只對(duì)相位進(jìn)行調(diào)制。傳輸“0”碼和傳輸“1”碼時(shí)，分別用兩個(gè)不同相位（通常相差180度）表示。79PPT課件PSK的光場(chǎng)表達(dá)式

在PPSK的光場(chǎng)表達(dá)式

在P

如果傳輸“0”碼時(shí)，光載波相位不變，傳輸“1”碼時(shí)，相位改變180度，這種情況稱為差分相移鍵控（DPSK）。對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制，相位通常取0和兩個(gè)值。電脈沖為“0”碼時(shí)，光脈沖相位為0，電脈沖為“1”碼時(shí)，光脈沖相位為。80PPT課件如果傳輸“0”碼時(shí)，光載波相位不變，傳輸“如果傳輸“0”碼時(shí)，光載波相位不變，傳輸“

PSK系統(tǒng)必須用相干檢測(cè)，如果信號(hào)光不與本振光混頻而直接檢測(cè)，所有的信息都將丟失。和ASK使用的MZ干涉型調(diào)制器相比，設(shè)計(jì)PSK使用的相位調(diào)制器要簡(jiǎn)單得多。這種調(diào)制器只要選擇適當(dāng)?shù)拿}沖電壓，就可以使相位改變180度。但是在接收端光波相位必須非常穩(wěn)定，因此對(duì)發(fā)射和本振激光器的譜寬要求非?？量?。81PPT課件PSK系統(tǒng)必須用相干檢測(cè)，如果信號(hào)光不與PSK系統(tǒng)必須用相干檢測(cè)，如果信號(hào)光不與

由于相干檢測(cè)時(shí)存在零差檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種檢測(cè)方式，導(dǎo)致相干檢測(cè)的解調(diào)方式也存在兩種：同步解調(diào)和異步解調(diào)。

用零差檢測(cè)時(shí)，光信號(hào)直接被調(diào)為基帶信號(hào)，要求本振光的頻率和信號(hào)光的頻率完全相同，本振光的相位要鎖定在信號(hào)光的相位上，因而要采用同步解調(diào)。82PPT課件由于相干檢測(cè)時(shí)存在零差檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種檢測(cè)方由于相干檢測(cè)時(shí)存在零差檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種檢測(cè)方

同步解調(diào)雖然在概念上很簡(jiǎn)單，但是技術(shù)上卻很復(fù)雜。

用外差檢測(cè)時(shí)，不要求本振光和信號(hào)光的頻率相同，也不要求相位鎖定，可以采用同步解調(diào)，也可以采用異步解調(diào)。對(duì)于PSK信號(hào)，必須采用同步解調(diào)。

異步解調(diào)簡(jiǎn)化了接收機(jī)設(shè)計(jì)，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，只要采用檢測(cè)器（實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波和頻率檢波）即可。83PPT課件同步解調(diào)雖然在概念上很簡(jiǎn)單，但是技術(shù)上卻很復(fù)雜。同步解調(diào)雖然在概念上很簡(jiǎn)單，但是技術(shù)上卻很復(fù)雜。

圖7.41和圖7.42分別示出外差同步解調(diào)和外差異步解調(diào)的接收機(jī)方框圖。兩種解調(diào)方式的差別在于接收機(jī)的噪聲對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。異步解調(diào)要求的信噪比（SNR）比同步解調(diào)高，但異步解調(diào)接收機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，對(duì)信號(hào)光源和本振光源的譜線要求適中，因而在相干光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起著主要作用。84PPT課件圖7.41和圖7.42分別示出外差同步解調(diào)和外圖7.41和圖7.42分別示出外差同步解調(diào)和外85PPT課件32PPT課件85PPT課件32PPT課件86PPT課件33PPT課件86PPT課件33PPT課件7.2.3主要參數(shù)

1.信噪比

相干光通信系統(tǒng)光接收機(jī)的性能可以用信噪比（SNR）定量描述。

2.誤碼率

誤碼率（BER）可以由信噪（SNR）比確定。

3.靈敏度87PPT課件7.2.3主要參數(shù)

1.信噪比

相干光通信系統(tǒng)7.2.3主要參數(shù)

1.信噪比

相干光通信系統(tǒng)7.3主要優(yōu)點(diǎn)

(1)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)

相干光通信的一個(gè)最主要的優(yōu)點(diǎn)是相干檢測(cè)能改善接收機(jī)的靈敏度。在相同的條件下，相干接收機(jī)比普通接收機(jī)提高靈敏度約20dB，線路功率損耗可以增加到50dB,可以達(dá)到接近散粒噪聲極限的高性能，因此也增加了光信號(hào)的無(wú)中繼傳輸距離。88PPT課件7.3主要優(yōu)點(diǎn)

(1)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)

相干光7.3主要優(yōu)點(diǎn)

(1)靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)

相干光

由于相干光系統(tǒng)通常受光纖損耗限制，所以周期地使用光纖放大器可以增加傳輸距離。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)每隔80km加入一個(gè)摻鉺光纖放大器，25個(gè)EDFA可以使2.5Gb/s系統(tǒng)的傳輸距離增加到2200km以上，非常適合干線網(wǎng)使用。89PPT課件由于相干光系統(tǒng)通常受光纖損耗限制，所以周期地使用由于相干光系統(tǒng)通常受光纖損耗限制，所以周期地使用(2)選擇性好，通信容量大

相干光通信的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以提高接收機(jī)的選擇性。在直接探測(cè)中接收波段較大，為抑制噪聲的干擾，探測(cè)器前通常需要放置窄帶濾光片，但其頻帶仍然很寬。在相干外差探測(cè)中，探測(cè)的是信號(hào)光和本振光的混頻光，因此只有在中頻頻帶內(nèi)的噪聲才可以進(jìn)入系統(tǒng)，而其它噪聲均被帶寬較窄的微波中頻放大器濾除。90PPT課件(2)選擇性好，通信容量大

相干光通信的另一個(gè)主要(2)選擇性好，通信容量大

相干光通信的另一個(gè)主要

可見，外差探測(cè)有良好的濾波性能，這在星間光通信的應(yīng)用中會(huì)發(fā)揮重大作用。此外，由于相干探測(cè)優(yōu)良的波長(zhǎng)選擇性，相干接收機(jī)可以使頻分復(fù)用系統(tǒng)的頻率間隔大大縮小，即密集波分復(fù)（DWDM），取代傳統(tǒng)光復(fù)用技術(shù)的大頻率間隔，具有以頻分復(fù)用實(shí)現(xiàn)更高傳輸速率的潛在優(yōu)勢(shì)。

91PPT課件可見，外差探測(cè)有良好的濾波性能，這在星間光通信的應(yīng)用可見，外差探測(cè)有良好的濾波性能，這在星間光通信的應(yīng)用(3)具有多種調(diào)制方式

在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中，只能使用強(qiáng)度調(diào)制方式對(duì)光進(jìn)行調(diào)制。而在相干光通信中，除了可以對(duì)光進(jìn)行幅度調(diào)制外，還可以使用PSK、DPSK、QAM等多種調(diào)制方式，利于靈活的工程應(yīng)用，雖然這樣增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，但是相對(duì)于傳統(tǒng)光接收機(jī)只響應(yīng)光功率的變化，相干探測(cè)可探測(cè)出光的振幅、頻率、位相、偏振態(tài)攜帶的所有信息，因此相干探測(cè)是一種全息探測(cè)技術(shù)，這是傳統(tǒng)光通信技術(shù)不具備的。92PPT課件(3)具有多種調(diào)制方式

在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中，只能使用(3)具有多種調(diào)制方式

在傳統(tǒng)光通信系統(tǒng)中，只能使用7.4關(guān)鍵技術(shù)

（1）外光調(diào)制技術(shù)

由于半導(dǎo)體激光器光載波的某一參數(shù)直接調(diào)制時(shí)，總會(huì)附帶對(duì)其他參數(shù)的寄生振蕩，如ASK直接調(diào)制伴隨著相位的變化，而且調(diào)制深度也會(huì)受到限制。另外，還會(huì)遇到頻率特性不平坦及張遲振蕩等問(wèn)題。因此，在相干光通信系統(tǒng)中，除FSK可以采用直接注入電流進(jìn)行頻率調(diào)制外，其他都是采用外光調(diào)制方式。93PPT課件7.4關(guān)鍵技術(shù)

（1）外光調(diào)制技術(shù)

由于半導(dǎo)體7.4關(guān)鍵技術(shù)

（1）外光調(diào)制技術(shù)

由于半導(dǎo)體（2）匹配技術(shù)

相干光系統(tǒng)要求信號(hào)光和本振光混頻時(shí)滿足嚴(yán)格的匹配條件，才能獲得高的混頻效率，這種匹配包括空間匹配、波前匹配和偏振方向匹配。

（3）頻率穩(wěn)定技術(shù)

必須使用頻率穩(wěn)定的激光器作為發(fā)射光源和接收機(jī)本振光源。94PPT課件（2）匹配技術(shù)

相干光系統(tǒng)要求信號(hào)光和本振光混頻時(shí)滿（2）匹配技術(shù)

相干光系統(tǒng)要求信號(hào)光和本振光混頻時(shí)滿激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有三種：

(1)將激光器的頻率穩(wěn)定在某種原子或分子的諧振頻率上。在1.5μm波長(zhǎng)上，已經(jīng)利用氨、氪等氣體分子實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體激光器的頻率穩(wěn)定。

(2)利用光生伏特效應(yīng)、鎖相環(huán)技術(shù)、主激光器調(diào)頻邊帶的方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻。

（3）利用半導(dǎo)體激光器工作溫度的自動(dòng)控制、注入電流的自動(dòng)控制等方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻。95PPT課件激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有三種：

(1)將激光器的頻率激光器的頻率穩(wěn)定技術(shù)主要有三種：

(1)將激光器的頻率（4）頻譜壓縮技術(shù)

在相干光通信中，光源的頻譜寬度也是非常重要的。只有保證光波的窄線寬，才能克服半導(dǎo)體激光器量子調(diào)幅和調(diào)頻噪聲對(duì)接收機(jī)靈敏度的影響，而且，其線寬越窄，由相位漂移而產(chǎn)生的相位噪聲越小。

為了滿足相干光通信對(duì)光源譜寬的要求，通常采取譜寬壓縮技術(shù)。主要有兩種實(shí)現(xiàn)方法：96PPT