光孤子传输基础及其系统关键技术

　　1 引言

　　光孤子是指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲，最早是由一名英国海军工程师于1834年偶然人首次提出了利用光纤非线形在反常色散区进行光孤子传输的设想。1980年Bell试验室Mollenewor等人又首次在试验室中观察到了光孤子[2]。

　　光孤子理论的出现，对于现代通信技术的发展起到了里程碑的作用。因为现代通信技术的发展一直朝着两个方向努力，一是大容量传输，二是延长中继距离。光孤子传输不变形的特点决定了它在通信领域里应用的前景。普通的光纤通信必须每隔几十千米设一个中继站，经过对信号脉冲整形，放大、误码检查后再发射出去，而用光孤子通信则可不用中继站，只要对光纤损耗进行增益补偿，即可把光信号无畸变地传输到极远的地方。最新的实验表明，光孤子在10Gbit/s的码率下保持的距离超过了106km，而且传输的速率极高，预计可达100Gbit/s以上，因此光孤子通信无疑是实现超长距离、高速率通信的重要手段，被认为第五代光纤通信系统。

　　2 光孤子传输基础

　　2.1 光孤子形成的机理

　　光孤子是由光纤中两种最基本的物理现象，即群速度色散（GVD）和自相位调制（SPM）共同作用形成的。

　　光脉冲在光纤中传输时总是存在一定的频率范围，在线性近拟中，常将光脉冲表示成在一定范围内一系列简谐波的叠加。由于各谐波分量相速度不同，因而光脉冲包络的传输通常以群速vg=dω/dβ来表示（β为光波波数, ω为载波频率）。由该式可见，群速度是随着频率的变化而变化的，而光脉冲中不同频率的分量则会以不同的速度进行传播，导致脉冲的分散，这种现象称之为群速度色散（GVD）。研究的结果表明，λd=1310nm处为零色散波长，λ>λd称之为反常色散区域，λ<λd称之为正常色散区域。正常与反常色散区域光脉冲的传输特性是不同的[3]，在反常色散区域，光脉冲的高频分量（蓝移）较低频分量（红移）传输得快，而在正常色散区域，情况正好相反。由于传输情况不同，群速度色散效应不同，最终导致了光脉冲的展宽。