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第九章相干光波通信系统
9.1相干检测原理与特性
9.2相干光通信关键技术
9.3相干光接收机的误码率和灵敏度
9.4相干光波系统的性能
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9.1 相干检测原理与特性相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道,从而使光频段得到充分利用,
即多信道光纤通信 。
与强度调制 — 直接检测系统不同,相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源,该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下,进行光电混频 。
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图 9.1 相干光通信系统的结构示意图
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如图 9.1所示,光源发出频率为 fs的光脉冲,
通过调制器将已经变成电信号的信号源调制到光脉冲包络上,通过长距离线路传输后,到达接收端,接收端采用外差技术,首先通过耦合器将光信号和本振光源信号同时送到光电检测器接收,
本振光源频率为 fs+fIF,信号光和本振光在满足波前匹配和偏振匹配的条件下混频,得到频率为 fIF
的中频信号,该信号经过放大后送到解调器解调,
最终到达接收电路完成通信过程 。
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相干光通信系统灵敏度的提高主要是因为它采用了本地振荡得到了一定的增益,
根据无线电知识中外差接收技术知识可以得到光电检测器的电流 ［ 15］
式中,η为光电检测量子效率,h为普朗克常量,e为电子电量,f为光频率,Ps
为信号光功率,PL为本振光功率,m为调制系数,(t-τg)为群延时,ωs,ωL和 φs,φL
分别为信号光和本振光的角频率和相位 。
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9.2 相干光通信关键技术
1.
相干光纤通信系统中对信号光源和本振光源的要求比较高,它要求光谱线窄,
频率稳定度高 。
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2.
一般相干光通信的光调制有半导体激光器直接调制和光波导型外调制两种 。 半导体激光器直接调制技术一般是采用具有动态单纵模特性的 DFB激光器来进行直接调制,采用该技术在调制过程中可以使光谱保持良好的窄谱特性,同时频率也较稳定 。
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3.
相干光通信的接收技术包括两部分,
一部分是光的接收技术,另一部分是中频之后的各种制式的解调技术 。
(1)
在 FSK制式中,由于半导体激光器在调制过程中,难免带有额外的幅度调制噪声,利用平衡接收方法可以减少调幅噪声 。
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(2)
除了调幅噪声外,如果本振光相位和信号光相位有相对起伏,就将产生相位噪声,严重影响接收效果 。
(3)
前面已经指出：相干光通信系统接收端必须要求信号光和本振光的偏振同偏,
才能取得良好的混频效果,提高接收质量 。