Comunicación óptica coherente(puente óptico)

I. principios básicos de funcionamiento de la comunicación óptica coherente

　　En la comunicación óptica coherente se utilizan principalmente la modulación coherente y la tecnología de detección heterogénea. La llamada modulación coherente es utilizar la señal a transmitir para cambiar la frecuencia, fase y amplitud del portador óptico, lo que requiere que la señal óptica tenga una frecuencia y fase determinadas (sinComoNo hay una frecuencia y fase determinadas como la luz natural), es decir, debe ser luz coherente. El láser es una luz coherente. La llamada detección heterogénea es utilizar un rayo de luz láser producida por la oscilación local y la luz de señal de entrada para mezclar en el mezclador óptico para obtener una señal de frecuencia intermedia que cambia de acuerdo con la misma ley que la frecuencia, fase y amplitud de la luz de señal.En el extremo de transmisión, la señal se modulación en el portador óptico mediante modulación externa para la transmisión. Cuando la señal y la luz llegan

En el extremo receptor, primero se acopla coherentemente a una señal de luz vibrante, y luego se equilibra.ReceptorRealizar la detección. La comunicación óptica coherente se puede dividir en detección heterogénea y detección de diferencia cero de acuerdo con la frecuencia de la luz vibrante local y la frecuencia de la luz de señal. La primera señal óptica se obtiene después de la conversión fotoeléctrica.Señal de frecuencia intermediaSe necesita una demodulación secundaria para convertirse en una señal de banda base. Esta última señal óptica se convierte directamente en señal de Banda base después de la conversión fotoeléctrica, sin demodulación secundaria, pero requiere que la frecuencia de la luz local coincida estrictamente con la frecuencia de la luz de señal, y requiere que la fase de la luz local y la luz de señal esté bloqueada..

El sistema de comunicación óptica coherente puede dividir las bandas ópticas en muchos canales, lo que permite el pleno uso de las bandas ópticas, es decir, la comunicación de fibra óptica multicanal. Sabemos que la comunicación coherente en la tecnología de radio tiene la ventaja de una alta sensibilidad de recepción, y la tecnología de comunicación óptica coherente también tiene esta característica. la sensibilidad de recepción con esta tecnología es 18db más alta que la tecnología de detección directa. en los primeros días, el estudio de la comunicación óptica coherente requiere el uso de fibra óptica polarizada como medio de transmisión, porque la fase y el plano de polarización de la señal óptica cambiarán aleatoriamente cuando se transmita en líneas de fibra óptica convencionales. para mantener la fase y el plano de polarización de la señal óptica sin cambios, es necesario utilizar fibra óptica polarizada. Pero luego se descubrió que cuando las señales ópticas se transmiten en fibra óptica convencional, los cambios en su fase y plano de polarización son cambios lentos, que se pueden corregir con un controlador de polarización dentro del receptor, por lo que todavía se puede utilizar fibra óptica convencional para la comunicación coherente, un descubrimiento que hace que las perspectivas de la comunicación óptica coherente sean brillantes.

El sistema de comunicación de fibra óptica coherente añade al receptor óptico una fuente de luz oscilante local necesaria para la recepción heterodina o de diferencia cero, y la onda de luz emitida por la fuente de luz y la onda de luz atenuada recibida se mezclan optoelectrónicamente en condiciones que cumplen con la coincidencia de frente de onda y la coincidencia de polarización. Después de la mezcla, la fuerza del campo de onda óptica de la señal emitida es directamente proporcional al cuadrado de la suma de la fuerza del campo de onda óptica de la señal, de la cual se puede seleccionar la señal de diferencia de frecuencia entre la onda óptica de la señal y la onda óptica de la señal. Debido a que la Ley de cambio de la señal de frecuencia diferencial es la misma que la Ley de cambio de la onda de luz de la señal, a diferencia del modo de comunicación de detección directa, la corriente de detección solo refleja la intensidad de la onda de luz, por lo que se pueden lograr varios modos de modulación, como amplitud, frecuencia, fase y polarización. El sistema de comunicación óptica coherente se puede dividir en dos categorías según si la frecuencia de la onda de luz local es igual a la frecuencia de la onda de luz de señal: cuando la diferencia entre la frecuencia de la luz local y la frecuencia de la luz de señal es un valor fijo no cero, el sistema se llama sistema de recepción heterogéneo; Cuando la frecuencia y la fase de las ondas de luz vibrantes locales son las mismas que las de las ondas de luz de señal, se llama sistema de recepción de diferencia cero. Pero no importa qué método de recepción se utilice, su punto fundamental es la detección heterogénea.

II. ventajas de los sistemas de comunicación óptica coherente

La comunicación óptica coherente hace pleno uso de las características de ganancia de mezcla, excelente selectividad de canal y ajustabilidad del modo de comunicación coherente. A partir del análisis de los principios básicos del sistema de comunicación óptica coherente mencionado anteriormente y en comparación con el sistema im / dd, se obtienen las siguientes ventajas del sistema de comunicación óptica coherente *:

(1) alta sensibilidad y larga distancia de retransmisión

Una de las principales ventajas de la comunicación óptica coherente es su capacidad de detección coherente, mejorando así la sensibilidad del receptor. En el sistema de comunicación óptica coherente, el tamaño de la corriente óptica de salida después de la mezcla coherente es directamente proporcional al producto de la Potencia óptica de señal y la Potencia óptica de vibración local.

(2) reducir el impacto de la dispersión de la fibra óptica en el sistema

Se utiliza la tecnología de equilibrio electrónico para compensar el efecto de dispersión de los pulsos ópticos en la fibra óptica. La función de transmisión del filtro de frecuencia intermedia en la comunicación óptica coherente de detección heterogénea es exactamente lo contrario de la función de transmisión de la fibra óptica, lo que puede reducir el impacto de la dispersión de la fibra óptica en el sistema.

(3) buena selectividad y gran capacidad de comunicación

La comunicación óptica coherente puede aprovechar al máximo la región espectral de baja pérdida (1,25 a 1,6 nm) de la fibra óptica para mejorar la capacidad de información del sistema de comunicación de fibra óptica. Por ejemplo, el uso de la comunicación óptica coherente puede lograr un multiplexaje denso de División de frecuencia con un intervalo de canal inferior a 1 a 10 ghz, haciendo pleno uso del ancho de banda de transmisión de la fibra óptica, y puede lograr una transmisión de información de alta capacidad..

(4)Con múltiples métodos de modulación

En los sistemas de comunicación óptica tradicionales, la luz solo se puede modular utilizando el método de modulación de intensidad. En la comunicación óptica coherente, además de la modulación de amplitud de la luz, también se puede utilizarPSK、 Dpsk, QAM y otros formatos de modulación favorecen aplicaciones de ingeniería flexibles, aunque esto aumenta la complejidad del sistema, en comparación con los receptores ópticos tradicionales que solo responden a los cambios en la Potencia óptica, la detección coherente puede detectar toda la información transportada por la amplitud, frecuencia, fase y estado de polarización de la luz, por lo que la detección coherente es una tecnología de detección holográfica, que no está disponible en las tecnologías tradicionales de comunicación óptica.

3. las principales tecnologías clave en los sistemas de comunicación óptica coherente

I) tecnología de fuentes de luz

En el sistema de comunicación de fibra óptica coherente, los requisitos para la fuente de señal y la fuente de vibración local son relativamente altos, lo que requiere una línea espectral estrecha y una alta estabilidad de frecuencia. El ancho de la línea Nobel de la propia fuente de luz determinará la baja tasa de error de bits que puede alcanzar el sistema y debe reducirse al mínimo, mientras que la frecuencia de los láseres semiconductores es muy sensible a los cambios en la temperatura de funcionamiento y la corriente de inyección, y sus cambios son generalmente alrededor de decenas de GHz / ºC y GHz / ma, por lo que para estabilizar la frecuencia, además de la corriente de inyección y la temperatura, se deben tomar otras medidas activas de Estabilización de frecuencia para mantener la frecuencia óptica estable.

(2) tecnología de recepción

La tecnología de recepción de la comunicación óptica coherente incluye dos partes, una es la tecnología de recepción de la luz y la otra es la tecnología de demodulación de varios sistemas después de la frecuencia intermedia. La tecnología de demodulación es en realidad una tecnología de demodulación electrónica asi, fsk y psk. La tecnología de recepción de luz se divide principalmente en los siguientes tres tipos:

1. método de recepción equilibrada. En el sistema fsk, debido a que los láseres semiconductores inevitablemente tienen ruido adicional de modulación de amplitud durante el proceso de modulación, el uso del método de recepción equilibrada puede reducir el ruido de modulación de amplitud. La idea principal del método de equilibrio es que cuando la señal óptica entra desde la fibra óptica, la luz vibrante local se controla a través de la polarización para garantizar la compatibilidad con el Estado de polarización de la señal. la luz vibrante local y la luz de señal pasan por el concentrador de dirección en dos rutas al mismo tiempo, introduciendo dos detectores fotoeléctricos Pin idénticos, respectivamente, de modo que los dos detectores fotoeléctricos emiten una señal envolvente de amplitud igual y fase inversa. después de sintetizar estas dos señales, la señal FM se duplica, mientras que el ruido de modulación parasitario se compensa entre sí y la composición de corriente continua se compensa, alcanzando el requisito de eliminar la influencia del ruido de modulación.

2. método de recepción de diversidad de fase. Además del ruido de modulación de amplitud, si la fase de la luz local y la fase de la luz de señal tienen fluctuaciones relativas, se producirá ruido de fase, lo que afectará seriamente el efecto de recepción. Para este efecto, se puede utilizar el método de diversidad de fase para superar el ruido de fase. El método de diversidad de fase de tres fases consiste principalmente en dividir la señal y la luz vibrante local en tres rutas. la fase de la señal de tres rutas de la luz vibrante local es de 0, 120 ° y 240 °, respectivamente. por lo tanto, a pesar de las fluctuaciones aleatorias de la fase relativa entre la señal y la luz vibrante local, la señal de tres rutas se puede mantener constante después de la síntesis, lo que puede reducir el impacto del ruido de fase, mientras que esta tecnología se puede utilizar en sistemas de recepción de diferencia cero sin bloqueo de fase óptica.

3. tecnología de control de polarización. Se ha señalado anteriormente que el extremo receptor del sistema de comunicación óptica coherente debe exigir la misma polarización de la luz de señal y la luz local para lograr un buen efecto de mezcla y mejorar la calidad de recepción. Después de que la luz de señal se transmite a larga distancia a través de una fibra monomodo, el Estado de polarización fluctúa aleatoriamente. para superar este problema, se pueden utilizar métodos como fibra óptica polarizada, controlador de polarización y recepción de diversidad de polarización. Cuando la luz se transmite en fibra óptica ordinaria, la fase y el plano de polarización cambiarán aleatoriamente. la fibra óptica polarizada es una fibra óptica especial que mantiene la fase y la polarización de la luz sin cambios a través de la selección de procesos y materiales, pero esta fibra óptica tiene una gran pérdida y un precio muy caro; El controlador de polarización hace que la luz de señal y la luz vibrante local se desvien principalmente, este método tiene una velocidad de respuesta relativamente lenta y los requisitos de control del circuito son relativamente altos; La recepción de diversidad de polarización consiste principalmente en dividir la luz mixta en dos componentes de polarización perpendiculares entre sí por el elemento de haz dividido de polarización después de mezclar la luz de señal y la luz de vibración local. los dos componentes de polarización vertical de la luz de vibración local están controlados por el controlador de polarización, de modo que Cuando las fluctuaciones aleatorias de la vibración parcial en la luz de señal pueden causar el desvanecimiento de la señal de frecuencia intermedia de una de las ramas, pero la señal de frecuencia intermedia de la otra rama todavía existe, por lo que la señal de demodulación obtenida después del sistema es casi independiente de la polarización de la luz de señal. la velocidad de respuesta de la tecnología es relativamente rápida y práctica, pero la realización es más compleja.

IV. amplia aplicación

La comunicación óptica coherente se ha desarrollado rápidamente, especialmente para la comunicación de fibra óptica de longitud de onda súper larga (2 a 10 micras), los medios de comunicación óptica coherenteAtractivo. Porque en la banda súper larga, la fibra óptica determinada por la dispersión de Rayleigh es inherentePérdidaSe reducirá aún más considerablemente, por lo que en teoría, la comunicación transoceánica sin retransmisión de fibra óptica se puede lograr en banda súper larga. En la banda súper larga, el rendimiento del receptor de detección directa es muy pobre, por lo que el método de detección coherente se convierte naturalmente en una mejor opción.

Longitud de onda súper largaSistema de comunicación de fibra ópticaSe utiliza fibra óptica de longitud de onda súper larga como medio de transmisión, utilizando tecnología de comunicación óptica coherente para lograr la comunicación de larga distancia. La fibra óptica de longitud de onda súper larga es crucial en este sistema. Es un medio de transmisión más ideal, cuya característica principal es que la pérdida es particularmente baja, y soloCuarzoUna décima parte del material. Por lo tanto, la fibra óptica de longitud de onda súper larga puede lograr decenas de miles de kilómetros de transmisión sin estaciones de retransmisión. Puede reducir drásticamente los costos de comunicación, mejorar la estabilidad y fiabilidad del sistema y es de especial importancia para las comunicaciones submarinas y las zonas desérticas.

Con el desarrollo de la tecnología de comunicación de fibra óptica, el uso de fibra óptica de longitud de onda súper larga para lograr la comunicación de larga distancia es una de las direcciones importantes del desarrollo futuro de la comunicación de fibra óptica. Sin embargo, el sistema de comunicación de fibra óptica de longitud de onda súper larga todavía tiene muchos problemas técnicos que deben resolverse más a fondo, como la purificación y tracción de materiales de fibra óptica de longitud de onda súper larga, la adopción de fuentes de luz de longitud de onda súper larga y detectores fotoeléctricos secos de fase de longitud de onda Súper larga requeridos por la tecnología de comunicación óptica coherente.

Además de las aplicaciones anteriores, debido a la excelente selectividad y sensibilidad del canal de la comunicación óptica coherente, también se ha utilizado ampliamente en la red de distribución catv de multiplexaje de División de frecuencia.

V. Resumen

La comunicación óptica coherente, con sus ventajas *, se ha utilizado ampliamente en la comunicación de fibra óptica y no solo continúa desarrollándose hacia una velocidad más alta y una distancia más larga en los sistemas punto a punto, sino que también tiene un gran potencial de mercado en la comunicación submarina. Además de los nuevos láseres de alta eficiencia, la nueva tecnología de detección coherente también es la clave para el desarrollo del sistema. la introducción de nuevas tecnologías de detección para reducir el impacto de la fuente de luz en el rendimiento general del sistema, la óptica adaptativa, la diversidad de polarización y otros nuevos métodos de recepción, ha mejorado la velocidad de respuesta del sistema y ha mejorado aún más su aplicación.

Referencias

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