相干光通信是什么

在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅（而不象强度检测那样只是改变光的强度），这就需要光信号有确定的频率和相位（而不象自然光那样没有确定的频率和相位），即应是相干光。激光就是一种相干光。所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。

相干光通信特点

相干光通信的特点是：在发射端，除使用幅度调制外，还使用频率调制、相位调制等，充分利用光子载体的相干性，挖掘其荷载潜力；在接收端，则采取相干检测，即引入一本地光，与信号光进行外差检波，将幅度、频率、相位等方面荷载的信息分别检测出来，完成通信的职能。显然，这种系统在传输的信息容量、检测灵敏度等方面具有很大优势，例如，在接收灵敏度上，它比IM/DD系统起码高出30~35dB。系统的高性能是靠以下苛刻条件来保障的：首先，作为载体的激光源和本地光源应具有相当高的频谱纯度，即非常窄的线宽，而且温度稳定性极高；其次，混频外差时要保证偏振关系确定，因此要求光纤是偏振保持的。

相干光通信的基本工作原理

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。我们知道无线电技术中相干通信具有接收灵敏度高的优点，相干光通信技术同样具有这个特点，采用该技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。同时，相干光接收机可以采用如同外差收音机那样，在其内部设置一台本地激光器。稍微改变本地激光器的光频，就可改变所选择的信道。早期，研究相干光通信时要求采用保偏光纤作传输介质，因为光信号在常规光纤线路中传输时其相位和偏振面会随机变化，要保持光信号的相位、偏振面不变就需要采用保偏光纤。但是后来发现，光信号在常规光纤中传输时，其相位和偏振面的变化是慢变化，可以通过接收机内用偏振控制器来纠正，因此仍然可以用常规光纤进行相干通信，这个发现使相干光通信的前景呈现光明。


图一：相干光通信原理

空间光相干光通信的传输

一种外差相干光通信方案，属相干光纤通信领域。采用ＤＦＢ半导体激光器作为发射和接收本地光源，发射端同时发送初相位相干的已调制主光信号和辅助光信号，接收端经本振混频检波后得中频信号，其中包含了频率搬移到中频段的主信号和辅助信号，然后再经一平方律检波器、带通滤波器，取出主、辅信号间的差频信号，即为恢复的已调制电信号，在该信号中已消除了激光器相位噪声的影响，将这个恢复的已调制电信号进行解调得到所传输的信息。

图二：空间光相干光通信系统结构图

星间光链路中相干通信体制

相干通信体制的突出优点是极大提高接收灵敏度。IM/DD体制中，APD光敏面上接收的信号光功率极弱(nW量级)，在不考虑背景光的前提下，主要噪声源是APD探测器的倍增噪声和负载电阻的热噪声；而相干体制的本振光功率可以设置得足够高(mW量级)，使得接收端机仅仅受限于量子噪声。为达到1.0E-9的误码率，IM/DD体制需要约100photons/bit，相干体制仅需要约10photons/bit甚至更少。