相干光通信發(fā)展二十余年 光器件有大進(jìn)步

　　ICCSZ訊 在光通信領(lǐng)域，更大的帶寬、更長的傳輸距離、更高的接收靈敏度，永遠(yuǎn)都是科研者的追求目標(biāo)。

　　盡管波分復(fù)用(WDM)技術(shù)和摻鉺光纖放大器(EDFA)的應(yīng)用已經(jīng)極大的提高了光通信系統(tǒng)的帶寬和傳輸距離，伴隨著視頻會議等通信技術(shù)的應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的普及產(chǎn)生的信息爆炸式增長，對作為整個通信系統(tǒng)基礎(chǔ)的物理層提出了更高的傳輸性能要求。

　　光通信系統(tǒng)采用強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(IM/DD)，即發(fā)送端調(diào)制光載波強(qiáng)度，接收機(jī)對光載波進(jìn)行包絡(luò)檢測。盡管這種結(jié)構(gòu)具有簡單、容易集成等優(yōu)點(diǎn)，但是由于只能采用ASK調(diào)制格式，其單路信道帶寬很有限。因此這種傳統(tǒng)光通信技術(shù)勢必會被更先進(jìn)的技術(shù)所代替。

　　然而在通信泡沫破滅的今天，新的光通信技術(shù)的應(yīng)用不可避免的會帶來對新型通信設(shè)備的需求，面對居高不下的光器件價格，大規(guī)模通信設(shè)備更換所需要的高額成本，是運(yùn)營商所不能接受的，因此對設(shè)備制造商而言，光纖通信新技術(shù)的研發(fā)也面臨著很大的風(fēng)險。如何在現(xiàn)有的設(shè)備基礎(chǔ)上提高光通信系統(tǒng)的性能成為了切實(shí)的問題。

　　在這樣的背景下，二十多年前曾被寄予厚望的相干光通信技術(shù)，再一次被放到了桌面上。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，各國在相干光傳輸技術(shù)上做了大量研究工作。經(jīng)過十年的研究，相干光通信進(jìn)入實(shí)用階段。英美日等國相繼進(jìn)行了一系列相干光通信實(shí)驗(yàn)。AT&T及Bell公司于1989和1990年在賓州的羅靈—克里克地面站與森伯里樞紐站間先后進(jìn)行了1.3μm和1.55μm波長的1.7Gbit/s FSK現(xiàn)場無中繼相干傳輸實(shí)驗(yàn)，相距35公里，接收靈敏度達(dá)到-41.5dBm。NTT公司于1990年在瀨戶內(nèi)陸海的大分—尹予和吳站之間進(jìn)行了2.5Gbit/s CPFSK相干傳輸實(shí)驗(yàn)，總長431公里。直到19世紀(jì)80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。在這段時期，靈敏度和每個通道的信息容量已經(jīng)不再備受關(guān)注。然而，直接檢測的WDM系統(tǒng)經(jīng)過二十年的發(fā)展和廣泛應(yīng)用后，新的征兆開始出現(xiàn)，標(biāo)志著相干光傳輸技術(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，靈敏度和動態(tài)范圍成為系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，而他們都能通過相關(guān)光通信技術(shù)得到很大改善。數(shù)字傳輸系統(tǒng)中在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，DPSK和DQPSK的使用已經(jīng)非常普遍，這就標(biāo)志著采用相位敏感的編碼和傳輸技術(shù)將成為一種趨勢。而檢測靈敏度和頻譜效率是這種趨勢的關(guān)鍵所在。其他影響選擇檢測方案的因素還包括物理層的安全可靠性和網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)性，兩者都可得益于采用相干光技術(shù)的幅度，頻率和偏振編碼。

　　相干模擬傳輸與非相干傳輸相比，也同樣具有很大的優(yōu)勢，其中在動態(tài)范圍方面最為顯著。雖然模擬通信不及數(shù)字通信應(yīng)用廣泛，但是模擬傳輸在很多特殊環(huán)境應(yīng)用上有很重要的作用。同時，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>