Page 31 - 网络电信2017年3月刊上
P. 31

特别关注

      式中n0,n2分别为线性和非线性折射率; , 分别为线性和                               中去。在具有低的或零色散的光纤中，SPM对系统的影响可以减
非线性极化率                                                            到最小。

                                                            （20）        互相位调制CPM(Cross Phase Modulation)的本质与自相位
                                                                  调制相同，但自相位调制是脉冲对自身的作用，因而它可在单
                                                            （21）  通道传输系统中起作用。而互相位调制则是脉冲对另一通道中
      由(21)式可见, 光纤的非线性效应正比于P/Aeff,功率愈大,                           的脉冲相位的作用。所以自相位调制发生在单通道和多通道的
有效面积愈小,非线性损害愈大。                                                   传输系统中，而互相位调制则只发生在多通道的传输系统中。
      (c) 光纤的非线性效应Nonlinear Optical Effects
                                                                        互相位调制的基本过程如下：干扰脉冲与另一通道中的工
            光纤的非线性效应分两类：                                          作脉冲相互作用时，首先由于干扰脉冲的前沿碰撞工作脉冲，
      （a）非线性散射:                                                   因干扰脉冲前沿强度增加，由于光纤的折射率的非线性引起工
      受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering)                         作脉冲光频的降低，即向长波长方向移动Δλ1，接着干扰脉冲
      受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering)                    的后沿碰撞工作脉冲，由于后沿强度的下降，从而使工作脉冲
      （b）非线性折射率:                                                  频率增加，即向短波长方向移动Δλ2，这过程与前者正好相
      四波混频FWM(Four Wave Mixing)                                   反。但在实际的有损光纤中，这种补偿是不完全的，因而造成
      自相位调制SPM(Self Phase Modulation)                             工作脉冲波谱的不对称展宽。在互相位调制中，光纤的色散起
      互相位调制CPM(Cross Phase Modulation)                            着两方面的作用：一方面色散减弱了脉冲相互作用的强度，因
      光纤中的光功率是受非线性效应所限制的。如果光功率                                    为它们的群速的不同；另一方面，当脉冲相互作用时，波长色
过大会产生受激拉曼散射和受激布里渊散射。受激布里渊散射                                       散又使光脉冲的波谱瞬时展宽，从而影响了脉冲传输质量。因
(SBS)是入射光波与光纤中的声波相互作用，产生后散射波，即                                    此互相位调制的过程是比较复杂的。
所谓斯托克斯波，因能量守恒而使反射波的波长大于入射波，
所谓声波是指非线性的折射率在入射光功率的作用下，产生一                                             在相干传输技术的基础上,采用高阶调制格式, 光纤的传输
个周期性的高折射率区域，形成一个周期性的光栅，此光栅以                                       容量己经逼近信道的香农极限,如果进一步增加频谱效率(信息
声波的速度向前传播。这个以声波行进中的光栅会使入射光进                                       速率/带宽)意味着更高的信噪比要求,直接导致400G系统的技术
行反射，产生与入射光，也即光栅行进方向相反的反射光。由                                       实现难度大大增加和成本快速上升。
于多普勒效应使反射光的波长向长波长方向移动，由于光纤的
色散特性，不同的波长具有不同的传播速度，从而引起脉冲展                                            6.光纤系统的通信容量
宽。受激布里渊散射在所有非线性效应中具有最低的阈值，因                                             自1996年以来,互联网业务年增长率在50%-60%之间.近十年
而是传输功率的主要限制因素。                                                    来,随着IPTV,高清电视,移动多媒体,视频流媒体等新业务的不
      受激拉曼散射(SRS)与激布里渊散射相类似，是入射光波                                 断出现,2014年以来, 随着智慧城市概念的提出以及海量视频,
与光纤中的分子振动的相互作用，其结果产生正反两个方向的                                       大数据,云计算,移动互联网的高速发展,数据业务以300%的速度
散射光，反向散射光可用光隔离器进行隔离，正向散射光进入                                       爆炸式增长.现有的光纤传输资源正在被快速消耗, 光传输技术
接收机会产生噪声，造成误码。SRS的阈值功率与光纤、通道                                      的变革必须满足上层网络业务不断发展的需求。
数目、通道间隔、每通道的平均功率以及中继距离等有关。对                                            7.探求新的传输途径
于单通道系统，SRS的阈值功率约1W，这比SBS的阈值功率高得                                         香农极限制约了单一传输通道的频谱效率,虽然可以通过扩
多。因此在一般情况下，不会成为系统功率的限制因素。                                         展波段,从C波段(1530nm-1565nm)扩展L波段(1565nm-1625nm),
      非线性散射的阈值功率是正比于光纤的有效传输面积，反                                   来增加通信容量,但频谱效率仍受香农极限限制。所以，必须通
比于非线性作用的有效长度，即                                                    过平行的多路传输通道的途径来突破香农极限的制约。
                                                                       8.光通信技术的五个物理维度（Five Physical
                           Pt∝ Aeff/Leff                          Dimensions）
      所以，增加光纤的有效传输面积Aeff，就可以提高阈值功
率，即在较高的传输功率下，不致产生明显的非线性效应，从                                        图20 五个物理维度
而可以进一步增大传输距离，实现超长距离的大容量传输。
      光纤的折射率非线性则可能造成三种效应，即自相位调
制、互相位调制和四波混频。
      自相位调制SPM(Self Phase Modulation)，这是由折射率
的非线性项使光脉冲本身在传输中产生附加相移。光脉冲包络
的前沿和后沿的光强是随时间而变化的，这种时变光强造成折
射率的随时间变化。这种时变的折射率对传输信号的各个波长
进行调制，从而展宽了信号光脉冲的波谱，当情况变得更严重
时，在DWDM系统中，展宽的波谱甚至会叠加到邻近的信号通道

32 网络电信 二零一七年三月
   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36