第二十四讲 光孤子通信技术
主要内容
? 一, 光孤子通信的定义
? 二, 光孤子形成的原因
? 三, 光孤子通信系统的构成及工
作原理
光孤子通信的定义
? 光孤子 —— 是经光纤长距离传输之后，
其幅度和波形宽度都不变的超短光脉冲
（ ps数量级）。
? 光孤子通信 —— 是利用光孤子作为载体
的通信方式。
光孤子形成的原因
? 光孤子的形成是光纤的色散与非线性效
应相互平衡的结果。
? 色散 —— 使经过光纤传输一定距离后的
光信号出现波形展宽的现象。
? 非线性效应 —— 在入射光功率较强的条
件下，光纤折射率随光强度变化的现象。
非线性效应
? 在强光作用下，光纤的 n可以表示为
? 这种折射率随光强变化的特性称为克尔效应。
? 设波长为 λ,光强为 的光脉冲在长度为 L的光纤中传输，则光
强感应的折射率变化，由此引起的相位变化为
? 这种使脉冲不同部位产生不同相移的特性，称为自相位调制
（ SPM）。 SPM引起脉冲载波频率随时间的变化为
? 该频移使脉冲频率改变分布，在脉冲下降部分，频率升高，在脉
冲上升部分，频率降低，这种现象即脉冲被线性调频或称为啁啾。
220 Ennn ??
2E
)(2)()( tnLLtnct ????? ????
)]([2)()( tntLt tt ??????????? ????
? 设已调波的频谱较窄，近似单色平面波，则由于克尔
效应，其传播常数 β为
? 式中 P为光功率。 Aeff为有效光纤截面积。将该式 β0在和
P=0附近级数展开，可得
? 式中右边第三项和第四项正好体现的是光纤的色散和
非线性效应，因此，只要适当选择相关参数，使这两
项的绝对值相等，则光纤色散和非线性效应便相互抵
消，使输入脉冲宽度保持不变，形成稳定的光孤子。
)( 20
e f fA
Pnn
cnc ???
???
PP 2200000 )()(),( ?????????? ????????
光孤子通信系统的构成框图
孤子源 调制
脉冲源
探测
EDFA
EDFA EDFA EDFA
光纤传输系统
隔离器
光孤子通信系统工作原理
? 光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉
冲（即光孤子流），作为信息载体进入光调制
器，使信息对光孤子进行调制。被调制的光孤
子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光
纤中传输。为克服光纤损耗带来的光孤子减弱，
在光纤线路上周期性地插入 EDFA,向光孤子注
入能量，以补偿光纤传输而引起的能量损耗，
确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测
器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。