когерентная оптическая связь(Оптический мост)

Основные принципы работы когерентной оптической связи

　　В когерентной оптической связи в основном используются методы когерентной модуляции и гетеродинного обнаружения. Так называемая когерентная модуляция - это использование передаваемого сигнала для изменения частоты, фазы и амплитуды световой несущей, что требует определенной частоты и фазы светового сигнала (а некакНеопределенная частота и фаза, как естественный свет), должна быть когерентным светом. Лазер - это когерентный свет. Так называемое гетеродинное обнаружение - это использование лазера, генерируемого собственными колебаниями, и входного сигнального света в оптическом смесителе для смешивания, получения сигнала средней частоты, изменяющегося по тому же закону, что и частота, фаза и амплитуда сигнального света.На передающем конце сигнал модулируется на оптическую несущую с помощью внешней модуляции. Когда передается сигнал

Когда приемный конец сначала когерентно связан с одним вибрационным световым сигналом, а затем балансируетсяПриемникПровести разведку. когерентная оптическая связь в зависимости от частоты света вибрации и частоты света сигнала различна или равна, может быть разделена на гетеродинное обнаружение и обнаружение нулевой разности. Первый световой сигнал был получен после фотоэлектрического преобразования.сигнал промежуточной частотыДля преобразования сигнала в базовую полосу требуется вторичная демодуляция. Последний световой сигнал преобразуется непосредственно в сигнал базовой полосы после фотоэлектрического преобразования без вторичной демодуляции, но он требует, чтобы частота этого вибрационного света строго соответствовала частоте сигнального света и чтобы фазовая блокировка этого вибрационного света и сигнального светаА.

Система когерентной оптической связи может разделить оптический диапазон на множество каналов, что позволяет в полной мере использовать оптический диапазон, то есть многоканальную волоконно - оптическую связь. Мы знаем, что когерентная связь в радиотехнике имеет преимущества высокой чувствительности к приему, технология когерентной оптической связи также имеет эту особенность, чувствительность к приему с использованием этой технологии сопоставима с технологией прямого обнаружения на 18 дБ. Ранние исследования когерентной оптической связи требовали использования поляризованного волокна в качестве передающей среды, поскольку оптические сигналы передаются в обычных волоконно - оптических линиях со случайными изменениями фазы и поляризованной поверхности, чтобы сохранить фазу светового сигнала, поляризованную поверхность без изменений, необходимо использовать волоконно - оптическое волокно. Однако позже было обнаружено, что при передаче оптического сигнала в обычном оптическом волокне изменение фазы и поляризации является медленным и может быть исправлено с помощью поляризационного контроллера в приемнике, поэтому когерентная связь все еще может быть выполнена с помощью обычного оптического волокна, что делает перспективу когерентной оптической связи яркой.

Система когерентной волоконно - оптической связи добавляет к оптическому приемнику локальный колебательный источник света, необходимый для гетеродинного или нулевого приема, который выводит световые волны с полученными модулированными световыми волнами для фотоэлектрического смешивания при условии соответствия волнового фронта и поляризации. Сила поля световой волны сигнала, выводимого после смешивания, пропорциональна квадрату суммы силы поля этой волны, из которой можно выбрать дифференциальный частотный сигнал между этой волной и волной сигнала. Поскольку закон изменения дифференциального частотного сигнала такой же, как и закон изменения световой волны сигнала, а не как метод прямого детектирования связи, ток обнаружения отражает только интенсивность световой волны, поэтому могут быть реализованы различные методы модуляции, такие как амплитуда, частота, фаза и поляризация. Система когерентной оптической связи может быть разделена на две категории в зависимости от того, равна ли частота этой волны и частота сигнальной световой волны: когда разница между частотой этой волны и частотой сигнала света равна нулю, система называется гетеродинной приемной системой; Когда частота и фаза этой волновой волны идентичны частоте и фазе сигнальной световой волны, она называется системой приема с нулевой разностью. Однако независимо от используемого метода приема основным элементом является гетеродинное тестирование.

Преимущества когерентной оптической системы связи

когерентная оптическая связь в полной мере использует преимущества смешивания, отличную избирательность канала и регулируемость когерентных методов связи. Изложенный выше фундаментальный анализ системы когерентной оптической связи и по сравнению с системой IM / DD показывает, что система когерентной оптической связи имеет следующие преимущества *:

(i) Высокая чувствительность, большое расстояние до ретрансляции

Одним из основных преимуществ когерентной оптической связи является возможность когерентного обнаружения, что повышает чувствительность приемника. В когерентной оптической системе связи размер выходного светового тока после когерентного смешивания пропорционален произведению световой мощности сигнала и мощности собственного вибрационного света.

ii) Уменьшение воздействия дисперсии оптического волокна на систему

Для компенсации дисперсионного эффекта световых импульсов в оптическом волокне используется технология электронного равновесия. Функция передачи фильтра промежуточной частоты в когерентной оптической связи с гетеродинным обнаружением прямо противоположна функции передачи оптического волокна, что снижает влияние дисперсии оптического волокна на систему.

(3) Хорошая селективность, большая пропускная способность связи

когерентная оптическая связь может в полной мере использовать спектральную область с низким уровнем потерь оптического волокна (1,25 - 1,6 нм) для повышения информационной емкости волоконно - оптической системы связи. Если использование когерентной оптической связи может обеспечить плотное частотное мультиплексирование канала с интервалом менее 1 - 10 ГГц, в полной мере использовать полосу пропускания оптического волокна, может быть достигнута передача информации сверхвысокой емкостиА.

(Четыре)Есть несколько способов модуляции.

В традиционных оптических системах связи свет может быть модулирован только с помощью модуляции интенсивности. В когерентной оптической связи, помимо амплитудной модуляции света, можно также использоватьПСК、 DPSK, QAM и другие различные форматы модуляции, способствующие гибкому инженерному применению, хотя это увеличивает сложность системы, но по сравнению с традиционными оптическими приемниками реагируют только на изменения мощности света, когерентное обнаружение может обнаруживать всю информацию, переносимую амплитудой, частотой, фазой и поляризацией света, поэтому когерентное обнаружение является голографической технологией обнаружения, которая не доступна традиционным оптическим коммуникационным технологиям.

Основные ключевые технологии в когерентных оптических системах связи

(i) Технология источника света

В когерентных волоконно - оптических системах связи требования к источникам света сигнала и источникам света с собственным колебанием относительно высоки, что требует узкой спектральной линии и высокой стабильности частоты. Ширина самого источника света будет определять низкую частоту ошибок, которую может достичь система, и должна быть сведена к минимуму, в то время как частота полупроводниковых лазеров очень чувствительна к изменениям рабочей температуры и тока впрыска, как правило, около десятков ГГц / °С и ГГц / мА, поэтому для стабилизации частоты в дополнение к току впрыска и температурной стабильности должны быть приняты другие активные меры стабилизации частоты, чтобы сохранить оптическую частоту стабильной.

(ii) Приемные технологии

Приемная технология когерентной оптической связи состоит из двух частей: одна - технология приема света, а другая - различные методы демодуляции после средней частоты. Технология демодуляции на самом деле является электронной демодуляцией, такой как ASI, FSK и PSK. Технологии приема света делятся на три основных типа:

1. Сбалансированный метод получения. В FSK, поскольку полупроводниковые лазеры неизбежно несут дополнительный шум амплитудной модуляции во время модуляции, использование метода сбалансированного приема может уменьшить шум амплитудной модуляции. Основная идея метода равновесия заключается в том, что, когда световой сигнал поступает из оптического волокна, этот вибрационный свет контролируется поляризацией, чтобы обеспечить адаптацию к поляризованному состоянию сигнала, Этот вибрационный свет и свет сигнала одновременно проходят через аддитор направления в два пути, соответственно, вводят два одинаковых PIN - фотодетектора, так что два фотодетектора выводят равноамплитудный и противоположный огибающий сигнал, а затем синтезируют эти два сигнала, удваивая частотно - модулированный сигнал, а паразитный амплитудно - модулированный шум компенсирует друг друга, компоненты постоянного тока также удовлетворяют требованиям устранения воздействия амплитудно - модулированного шума.

2. Прием с фазовым разделением. В дополнение к амплитудно - модулированному шуму, если фаза этого вибрационного света и фаза сигнала имеют относительные взлеты и падения, будет создаваться фазовый шум, который серьезно влияет на эффект приема. Для преодоления фазового шума можно использовать метод фазового разделения. Трехфазный метод разделения фаз в основном состоит в том, чтобы разделить сигнал и собственный вибрационный свет на три пути, фазы трехканального сигнала этого вибрационного света составляют 0, 120°, 240° соответственно, поэтому, несмотря на случайные взлеты и падения относительной фазы между сигналом и этим вибрационным светом, синтез трехканального сигнала может оставаться постоянным, может уменьшить влияние фазового шума, в то время как эта технология может использоваться в системе приема с нулевой разностью без использования световой блокировки.

3.Технология управления поляризацией. Как отмечалось ранее: приемный конец когерентной оптической системы связи должен требовать поляризации сигнального света и поляризации этого вибрационного света, чтобы достичь хорошего эффекта смешивания и улучшить качество приема. После передачи сигнального света на большие расстояния через одномодовое оптическое волокно поляризованное состояние является случайным взлетом и падением. Чтобы преодолеть эту проблему, можно использовать такие методы, как поляризационное волокно, поляризационный контроллер и поляризационный прием. Когда свет передается в обычном оптическом волокне, фаза и поляризованная поверхность изменяются случайным образом, поляризованное оптическое волокно - это специальное оптическое волокно, которое сохраняет оптическую фазу и поляризацию без изменений с помощью процесса и выбора материала, но это волокно имеет большие потери и очень высокую цену; поляризационный контроллер в основном делает сигнальный свет и собственный вибрационный свет одинаковым отклонением, этот метод реагирует медленнее, требования к управлению кольцом также выше; Прием поляризованного спектра в основном использует комбинацию сигнального света и собственного вибрационного света после смешивания, Поляризованный лучевой элемент делит гибридный свет на две взаимно вертикальные поляризационные составляющие, Две вертикальные поляризационные составляющие этого вибрационного света контролируются поляризационным контроллером, так что, когда случайные взлеты и падения поляризации сигнала могут вызвать затухание сигнала промежуточной частоты в одной из ветвей, но сигнал промежуточной частоты в другой ветви все еще существует, поэтому демодуляционный сигнал, полученный системой, почти не имеет ничего общего с поляризацией сигнала, эта технология реагирует быстрее и практичнее, но обеспечивает более высокую степень сложности.

IV. Широкое применение

Быстро развивается когерентная оптическая связь, особенно для волоконно - оптической связи с сверхдлинной длиной волны (2 - 10 мкм), когерентные оптические передатчикиПривлекательность. Потому что в сверхдлинном диапазоне оптическое волокно, определяемое рассеянием Райли,потериЭто будет еще более значительно сокращено, поэтому теоретически в сверхдлинном диапазоне может быть реализована трансокеанская связь без ретрансляции оптического волокна. В сверхдлинном диапазоне приемник прямого обнаружения работает плохо, поэтому метод когерентного обнаружения, естественно, становится лучшим выбором.

Сверхдлинная длина волныВолоконно - оптическая система связиЭто ультрадлинноволновое волокно в качестве передающей среды, использование когерентной оптической технологии связи для достижения сверхдлинной связи. В этой системе исключительно важное значение имеет ультрадлинноволновое волокно. Это более идеальный носитель передачи, основная особенность которого - чрезвычайно низкие потери, толькоКварцОдин из миллионов материалов. Таким образом, сверхдлинноволновое оптическое волокно может обеспечить передачу на десятки тысяч километров, а не ретрансляционную станцию. Это может значительно снизить расходы на связь и повысить стабильность и надежность системы, что особенно важно для подводной связи и пустынных районов.

С развитием волоконно - оптических коммуникационных технологий использование сверхдлинноволнового волокна для достижения сверхдлинной связи является одним из важных направлений развития волоконно - оптической связи в будущем. Тем не менее, в сверхдлинноволновой волоконно - оптической системе связи все еще есть много технических проблем, которые необходимо решить, таких как очистка и вытягивание материалов сверхдлинноволнового волокна, использование сверхдлинноволновых источников света, требуемых когерентной оптической связью, и сверхдлинноволновых длинноволновых когерентных фотоэлектрических детекторов.

В дополнение к вышеуказанным приложениям, благодаря отличной избирательности канала и чувствительности когерентной оптической связи, он также широко используется в сети распределения CATV с частотным мультиплексированием.

V. РЕЗЮМЕ

Благодаря своим * преимуществам когерентная оптическая связь широко используется в волоконно - оптической связи и не только продолжает развиваться в направлении более высоких скоростей и более длительных расстояний в системах « точка - точка», но и имеет огромный рыночный потенциал для подводной связи. В дополнение к новым высокоэффективным лазерам, новая технология когерентного обнаружения также является ключом к разработке системы, использование новой технологии обнаружения для снижения влияния источника света на общую производительность системы, адаптивная оптика, поляризация и другие новые методы приема, повышение скорости реакции системы, дальнейшее совершенствование ее применения.

Список литературы

[1] Мудаошэн. Современные волоконно - оптические системы связи. Научное издательство.

[2] В океане. когерентная оптическая связь и ее применение. Научно - техническое общество.

[3] Лэй Чжаоди. Основы волоконно - оптической связи. Издательство Университета электронных технологий.

[4] Чжэн Дапенг. Принципы волоконно - оптической связи. Народное издательство почты и телекоммуникаций.

[5] Ян Тунью. Волоконно - оптические коммуникационные технологии. Народное издательство почты и телекоммуникаций.