光孤子通信----未来的光通信技术

　　光孤子是指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲。一束光脉冲包含许多不同的频率成分，频率不同，在介质中的传播速度也不同，因此，光脉冲在光纤中将发生色散，使得脉宽变宽。但当具有高强度的极窄单色光脉冲入射到光纤中时，将产生克尔效应，即介质的折射率随光强度而变化，由此导致在光脉冲中产生自相位调制，使脉冲前沿产生的相位变化引起频率降低，脉冲后沿产生的相位变化引起频率升高，于是脉冲前沿比其后沿传播得慢，从而使脉宽变窄。当脉冲具有适当的幅度时，以上两种作用可以恰好抵消，则脉冲可以保持波形稳定不变地在光纤中传输，即形成了光孤子，也称为基阶光孤子。若脉冲幅度继续增大时，变窄效应将超过变宽效应，则形成高阶光孤子，它在光纤中传输的脉冲形状将发生连续变化，首先压缩变窄，然后分裂，在特定距离处脉冲周期性地复原。　　

　　光孤子的特点决定了它在通信领域的应用前景。通常将基阶光孤子用于通信，因为它在整个传播过程中没有任何变化。光孤子通信具有以下特点：

　　（1）容量大：传输码率一般可达20Gb/s，最高可达100Ｇb/s以上；

　　（2）误码率低、抗干扰能力强：基阶光孤子在传输过程中保持不变及光孤子的绝热特性决定了光孤子传输的误码率大大低于常规光纤通信，甚至可实现误码率低于10－12的无差错光纤通信；

　　（3）可以不用中继站：只要对光纤损耗进行增益补偿，即可将光信号无畸变地传输极远距离，从而免去了光电转换、重新整形放大、检查误码、电光转换、再重新发送等复杂过程。

　　光孤子通信是实现超长距离高速通信的重要手段，它被认为是第五代光纤通信系统。近年来美、日、英等国相继进行了光孤子通信实验。美国的贝尔实验室先后进行了传输距离为4000ｋｍ、6000ｋｍ、15000ｋｍ的光孤子传输实验，验证了光孤子跨洋通信的可能性，并且完成了32Ｇb/s传输90ｋｍ无误码光孤子数据传输实验。日本的ＮＴＴ公司在完成了5Ｇb/s传输400ｋｍ和10Ｇb/s传输300ｋｍ实验的基础上，又完成了20Ｇb/s传输200ｋｍ和10Ｇb/s传输1000ｋｍ直通传输实验。有人用光纤环路的形式来验证光孤子通信的最终潜力，先后成功地实现了2．4Ｇb/s传输12000ｋｍ、2．5Ｇb/s传输14000ｋｍ、32．4Ｇb/s传输12000ｋｍ等等。另有实验表明光孤子在10Ｇb/s码率下保持的距离超过106ｋｍ。所有这些都充分说明了光孤子通信的可行性及其巨大的应用前景。如果整个传输光纤本身都轻微掺杂受到泵浦而以分布方式补偿光纤损耗，则系统的性能可大大改善。目前人们正努力研究这种“无损耗”光纤，有一实验已证实短至450ｆｓ的光孤子脉冲沿掺铒光纤传输了18．2ｋｍ。另外采用波分复用技术，光孤子通信系统的有效码率可提高几倍，利用偏振复用、正交偏振的光孤子以两个信道同时在光纤中传输，可以进一步提高码率。总之，尽管光孤子通信要真正实用化尚须解决一系列具体问题，但人们相信在不久的将来这一技术一定会被推广和应用。