相干光通信論文：激光在光通訊的運用探究

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本文作者：黃莉作者單位：中國電信武漢分公司客戶服務調度中心

相干光通信系統中的主要關鍵技術

實際中，主要采用以下關鍵技術來實現準確、可靠、高效的相干光通信。

(1)穩定頻率技術。相干光通信中，保持激光器的頻率穩定性是一個重要的前提條件。在零差檢測相干光通信系統中，如果激光器的波長或頻率隨著工作條件的變化而產生漂移，那就難以保證本振光信號與接收光信號頻率之間的相對穩定。外差檢測相干光通信系統也是如此。為了保證相干光通信系統的正常工作，必須確保光載波和光本振蕩器的頻率穩定性很高。

（2）調制外光技術。外光調制是利用某些光電、聲光或磁光特性的外調制器，完成對光載波的調制。相干光纖通信系統中對信號光源和本振光源的要求較高，它要求較高的頻率穩定度和較窄的光譜線。飛秒激光輸入頻率穩定，可調諧范圍較寬，但所占帶寬相對較小，具有超強的能量和超短的時間，完全符合作為相干光纖通信系統光源的要求。

（3）壓縮頻譜技術。在相干光通信中，光源的頻譜寬度是一個重要參數。只有保證光波的頻譜寬度窄，才能使相伴漂移而產生的相位噪聲更小，從而得到大容量、高質量的光傳輸。

飛秒激光器

1飛秒激光器的介紹

伴隨光纖通信技術的飛速發展，利用超長波長光纖實現超長距離通信，一直是我們不斷追求的重要發展方向之一。如何獲取并采用超長波長光源，這是超長波長光纖通信系統中首先需要解決的技術問題。飛秒激光就是這樣一種超長波長光源，將其應用于相干光通信的光源，具有相當大的優勢。飛秒激光是由激光發展起來的一種新型工具，其功能非常強大。飛秒脈沖短得令你無法想象，現在能夠達到4飛秒以內。1飛秒（fs），即10-15秒，這僅僅是1千萬億分之一秒，所以也稱為超短脈沖激光器。飛秒脈沖采用多級啁啾脈沖放大技術獲得的最大脈沖峰值功率，可以達到百太瓦（TW，即1012W）甚至拍瓦（PW，即1015W）量級，飛秒激光的能量強度如此之高，毫不夸張地說，它比將太陽照射到地球上的全部光聚集成繡花針尖般大小后的能量密度還高。

2飛秒激光器的工作原理

飛秒激光器的工作原理。第一，采用衍射光柵將一束飛秒激光分成兩束或更多束,通過一個共焦成像系統讓它相干。第二,將一個鍍有金屬薄膜的透明基體與一個接受基體疊放在一起。第三,利用相干的飛秒激光脈沖輻照透明基體上的金屬薄膜,激光瞬間加熱作用產生的壓力將會驅動輻照區的金屬薄膜蒸發到與它接觸的接受基體上,蒸發的金屬將迅速重新固化，沉積到接受基體上,這樣在接受基體上就會得到由相干飛秒激光脈沖傳輸的周期微結構。

3飛秒激光器的應用

飛秒激光最直接的應用就是作為超短超快光源。應用泵浦探測技術和多種時間光譜分辨技術，作為飛秒固體激光放大器的種子光源。雖說我們能夠使光脈沖寬度愈來愈窄，光脈沖能量愈來愈高，但最令人欣喜的進展還是能夠輕易得到飛秒脈沖。飛秒激光的應用研究領域大概分為兩種，一種是超快瞬態現象的應用研究，另一種是超強現象的應用研究。伴隨激光脈沖寬度的縮短和能量的增加，這兩種研究都得到了深入的發展?？梢钥吹?，飛秒脈沖激光的發展直接帶動了生物醫療、材料工程與信息科學進入超微觀超快速的研究領域,并開創了一些如納米技術、立體三維存貯等全新的研究領域，此外，它還被應用于信息的處理、傳輸和存貯方面，擁有廣闊的應用前景。

飛秒激光作為相干光通信光源的廣泛應用

相干光通信的研究和應用均發展迅速，這對于超長波長(2～10m)光纖通信來說，是非常好的選擇。在超長波段，由瑞利散射引起的光纖固有損耗將進一步大幅減少。理論上，在超長波段可以實現光纖越洋跨海無中繼超長距離通信；而實際上，在超長波段，直接探測接收機的各項性能和表現都不盡人意，唯一的選擇，就是相干探測方式。以飛秒激光為光源，以超長波長光纖作為傳輸介質，利用相干光通信技術實現無需中繼站的超長距離通信。超長波長光纖通信系統不但解決了普通光通信系統中距離和容量限制問題，而且提高了系統穩定可靠性，并使通信成本大幅降低，對跨海洋和沙漠地區的通信更具有非凡的意義。

結語

相干光通信具有諸多優勢，因此在光纖通信系統中得到了大量的推廣應用。它助力點對點通信系統向著更快更遠的趨勢發展，也在越洋通信和沙漠通信上擁有巨大的市場潛力。飛秒激光作為一種新型高效激光器，應用為相干通信的光源，對于相干光通信系統的進一步完善和穩定性、穩健性發展將帶來巨大的推動。由于相干光通信良好的波長選擇性和接收靈敏度，使光纖通信網絡的功能更多樣，應用更豐富?？梢韵嘈牛S著技術的不斷進步，以飛秒激光為光源的相干光通信技術將被廣泛地應用于長途傳輸網、本地網、多用戶接入網、CATV網以及多種新型網絡之中。