光孤子通信：完美版全光网

　　光孤子技术的出现，对于现代通信的发展起到了里程碑的作用。尤其在现代通信技术向大容量传输和延长中继距离方向发展时，光孤子传输不变形的特点决定了它在通信领域里应用的前景。

　　挑战色散

　　众所周知，在光纤通信中，限制传输距离和传输容量的主要原因是“损耗”和“色散”。“损耗”使光信号在传输时能量不断减弱；而“色散”则使光脉冲在传输中逐渐展宽。光纤的色散使得不同频率的光波以不同的速度传播，这样，同时出发的光脉冲，由于频率不同，传输速度就不同，到达终点的时间也就不同，这便形成脉冲展宽，使得信号畸变失真。现在随着光纤制造技术的发展，光纤的损耗已经降低到接近理论极限值的程度，色散问题就成为实现超长距离和超大容量光纤通信的主要问题。

　　光孤子通信作为全光非线性通信方案是消除色散的最佳途径，其基本原理是光纤折射率的非线性(自相位调制)效应导致对光脉冲的压缩可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡，在一定条件(光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大)下，光孤子能够长距离不变形地在光纤中传输。另外它完全摆脱了光纤色散对传输速率和通信容量的限制的同时，其传输容量比当今最好的通信系统高出1～2个数量级，中继距离可达几百公里。

　　从光孤子传输理论分析，光孤子是理想的光脉冲，因为它很窄，其脉冲宽度在皮秒级。这样，就可使邻近光脉冲间隔很小而不至于发生脉冲重叠，产生干扰。利用光孤子进行通信，其传输容量极大，可以说是几乎没有限制。传输速率将可能高达每秒兆比特。如此高速将意味着世界上最大的美国国会图书馆的全部藏书，只需要100秒就可以全部传送完毕。近年来，光孤子通信取得了突破性进展。光纤放大器的应用对孤子放大和传输非常有利，它使孤子通信的梦想推进到实际开发阶段。

　　实现两种放大

　　实际上，光孤子在光纤的传播过程中，不可避免地存在着损耗。不过光纤的损耗只降低孤子的脉冲幅度，并不改变孤子的形状，因此，补偿这些损耗成为光孤子传输的关键技术之一。目前有两种补偿孤子能量的方法，一种是采用分布式的光放大器的方法，即使用受激拉曼散解放大器或分布的掺铒光纤放大器；另一种是集总的光放大器法，即采用掺铒光纤放大器或半导体激光放大器。

　　利用受激拉曼散射效应的光放大器是一种典型的分布式光放大器。其优点是光纤自身成为放大介质，然而石英光纤中的受激拉曼散射增益系数相当小，这意味着需要高功率的激光器作为光纤中产生受激拉曼散射的泵浦源，此外，这种放大器还存在着一定的噪声。集总放大方法是通过掺铒光纤放大器实现的，其稳定性已得到理论和试验的证明，成为当前孤子通信的主要放大方法。目前光放大被认为是全光孤子通信的核心问题。

　　迈向全光网

　　全光式光孤子通信，是新一代超长距离、超高码速的光纤通信系统，更被公认为是光纤通信中最有发展前途、最具开拓性的前沿课题。光孤子通信和线性光纤通信比较有一系列显著的优点：首先传输容量比最好的线性通信系统大1个～2个数量级；其次可以进行全光中继。

　　由于孤子脉冲的特殊性质使中继过程简化为一个绝热放大过程，大大简化了中继设备，具有高效、简便、经济的特点。同时光孤子通信和线性光纤通信比，无论在技术上还是在经济都具有明显的优势，光孤子通信在高保真度、长距离传输方面，优于光强度调制/直接检测方式和相干光通信。

　　正因为光孤子通信技术的这些优点和潜在发展前景引起业界的广泛关注。经过不懈的努力已为实现超高速、超长距离无中继光孤子通信系统奠定了理论基础。在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10～20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然在实际的光孤子通信仍然存在许多技术的难题，但不可否认光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。

----《通信产业报》
作者：陈锋