光孤子通信的研究及其展望

摘要：光孤子通信的发展依赖于光孤子通信技术的进步，近年来，光孤子通信技术得到了长足的发展.新技术不仅大幅提高了通信能力，而且使光孤子通信的应用领域不断扩大。光纤传输系统因其具有传输速率高、信道容量大、不受传输距离限制等特点而备受人们的关注.文章介绍了光孤子概念、光孤子通信优点，叙述了几种光孤子通信的传输方式及其前景展望。

关键词：光孤子 光孤子通信 传输技术

中图分类号：O43 文献标识码：A 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）09-0000-00

引言

当前人类社会正处在飞速发展的科技时代，人们所产生的信息每隔几个月就增加几倍，众多信息的广泛传播正在逐步用完当前的带宽。光纤传输系统因其具有传输速率高、信道容量大、不受传输距离限制等特点而受到人们的广泛关注。由于光孤子能够保持形状不变地沿着光纤传播，故而成为光纤传输中最理想的介质，有希望在未来大容量远距离的传输系统中得到广泛应用，所以光孤子传输系统是未来最有发展前途的传输方式。

1 光孤子

所谓孤子，是指粒子一样的独立的包波，能始终维持速度和形状不变，在相互撞击后，能够使速度和形状保持不变.上世纪70代初，Tapper和Hasegawa两位科学家第一次通过理论计算，光孤子可以在无损光纤中得到.结论表明，当光脉冲在光纤中向前传输时，由于色散的原因导致光脉冲中波长不相同的光传输速率是不一样的，从而引起光脉冲展宽，直接影响到传播的距离与容量.然而我们加大光纤的入纤功率，就会发生非线性作用，使得光脉冲的传播速率有大有小，进而导致脉冲变窄.当光脉冲内部作用相互平衡时，就会形成一种稳定无变形的信号脉冲来进行传播，由于此时的光脉冲是孤立的，与外界条件无关，故而被叫做光孤子。

2光孤子通信的优点

与其他通信比较光孤子通信有许多显著的优势：

（1）光孤子可以在石英光纤损耗最小的1.55μm的波长来生成；

（2）波形不会失真，适合远距离传输；

（3）构成的光传输系统不受色散的限制；

（4）可实现多通道波分复用光孤子通信；

（5）可进行全光中继。由于孤子脉冲的特殊性质导致继电器绝热过程是简化的放大过程，中继器被大大简化，高效，简单和经济。

3 光孤子通信中的几个关键技术

3.1 光孤子放大技术

光纤在传输中有一定的损耗，因此孤子在传输中能量会不断减小，为了补偿这种能量损失，每隔一定距离需要在光纤上对光孤子进行放大，通常的做法是周期性地增加若干光放大器，来达到补偿损失的能量。放大器的间距是一个十分重要的设计参数，间距越大越好，但由于影响它的因素很多，为了防止孤子在能量、宽度和幅度上发生较大的变化，间距只有（10-30）km。另外，分布式放大技术也是放大孤子的一种方法，这种技术是每隔一定距离向光纤中加入泵浦光，利用孤子在光纤中的拉曼效应补偿能量损失.但作泵浦源的激光器需要很高的功率，因而在实际使用时很难推广 。

3.2 RLL孤子信道编码技术

为了提高系统的性能，必须降低光孤子间的吸引、排斥作用.而光孤子间的这些作用与距离的关系是指数型的，所以，最简单的做法是增大它们之间的距离，然而这样做也存在缺点，即限制通信的码率。在实际中可行的措施是利用非等幅方法，此方法在不干扰其性质的前提下使孤子间隔减少两倍，而且对系统容量也增加了不少。对于孤子之间的相互作用也可通过其他方式来优化，当前使用最先进的光纤通信系统，是把1秒等分为100亿个小时间段，在每一个时间段里，通过不传送任何光或者传送1个光脉冲来分别代表二进制的 “0”和“1”。这样做使得光纤中实际传输的序列的间隔与细分前完全一致，不产生误码 。

3.3 孤子时间抖动控制技术

引起孤子时间抖动的原因主要有孤子自频率移动和放大器自发辐射的噪声.对于前者主要去掉自频率移动的方式是采用特殊掺杂光纤，可通过以下两种方式对后者来进行减少：一是在光纤链路中加一个调制器或加一些光滤波器；二是利用色散补偿技术.研究结果显示，利用色散管理技术对于减少这种时间抖动效应是非常理想的 。

4光孤子通信的发展前景

光孤子通信是目前最新的光纤通信方式，能够在跨洲通信等超大容量、超长距的通信中使用，是光纤通信中最有发展前景的热门课题.已有的研究成果为实现超长距离、无中继超高速光孤子通信系统打好了理论和技术上的基础.事实上在实际操作中光孤子通信还存在着大量技术上的难题，很多工作目前仍处于探索和实验阶段，但根据目前已取得的许多重大进展，我们相信，光孤子通信在超高速、大容量、超远距离的传输中，特别是在海底的光通信系统中，具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]桂厚义.光孤子通信及其展望[J].网络通信，2005，（3）：18-20.

[2]黄虎清.光孤子通信研究的20年历程及跨世纪展望[J].南京邮电学院学报，1996，16（1）：87-96.

[3]陈金鹰.光孤子通信技术分析[J].现代通信，2003，（1）：5-6.

收稿日期：2015-09-08

基金项目：菏泽学院自然科学基金项目（XY13KJ04）

作者简介：林蓉（1989-），女，山东定陶人，助教，硕士，研究方向：非线性光学。