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       我必須使研究具有真正的實驗性。—法拉第（M.Faraday）

一、相干檢測原理——信號光與本振光混頻產生中頻信號

       迄今為止，幾乎所有實用的光纖系統(tǒng)都是采用非相干的強度調制- 直接檢測（IM/DD）方式，這類系統(tǒng)成熟、簡單、成本低、性能優(yōu)良，已經在電信網中獲得廣泛的應用，并仍將繼續(xù)扮演主要的角色。然而， 這種IM/DD方式沒有利用光載波的相位和頻率信息，無法像傳統(tǒng)的無線電通信那樣實現外差檢測，從而限制了其性能的進一步改進和提高。

       IM/DD方式是用電子數據脈沖流直接調制光載波的強度，在接收 端，光信號被光電二極管直接探測，從而恢復最初的數字信號。相干檢測系統(tǒng)用調制光載波的頻率或相位發(fā)送信息，在接收端，使用零差或外差檢測技術恢復原始的數字信號。因為光載波相位在這種方式中扮演著重要的角色，所以稱為相干通信，基于這種技術的光纖通信系統(tǒng)稱為相干通信系統(tǒng)。

        研究相干通信技術的動機主要有兩個：一是接收機靈敏度與IM/DD 系統(tǒng)相比可以改進20dB，從而在相同發(fā)射機功率下，允許傳輸距離增加100km；二是使用相干檢測可以有效地利用光纖帶寬?，F在，相干檢測系統(tǒng)所需的器件均已成熟和商品化，DWDM和相干檢測系統(tǒng)已經廣泛使用。

二、外差異步解調——不需恢復中頻可簡化接收機設計

       在原理上，激光外差檢測與無線電外差接收機相似，是基于無線電波或激光光波的相干性和檢測器的平方律特性的檢測。

       圖9.5.1為外差異步解調接收機方框圖。它不要求恢復中頻（微波載波），所以可簡化接收機的設計。使用包絡檢波和低通濾波器，把帶通濾波后的信號If（t）轉變?yōu)榛鶐盘?，送到判決電路的信號為

式中，ic和is分別是同向和異向高斯隨機噪聲。外差異步解調與外差同步解調的差別在于接收機噪聲的同相和異相正交成分均影響信號質量， 所以外差異步解調接收機的信噪比和接收機靈敏度均有所降低，不過， 靈敏度下降相當?。?0.5dB）。同時，異步解調對光發(fā)射機和本振光的線寬要求卻是適中的，因此，外差異步接收機在相干光波系統(tǒng)的設計中扮演著主要的角色。

圖9.5.1 外差異步解調接收機方框圖

三、相位分集接收——產生與信號光和本振光相位差無關的輸出信號

       在相干光波系統(tǒng)中，導致靈敏度下降的主要因素是發(fā)射激光器和本振激光器的相位噪聲，其理由可從表示外差接收機光檢測器產生的光生電流公式（9.5.1）中得到理解。因為光檢測過程的相干特性，相位的不穩(wěn)定導致電流的不穩(wěn)定，從而使SNR下降。

       減少相位噪聲除采用單縱模窄線寬半導體激光器外，另一種方法是設計一個相位分集接收機。這種接收機使用兩個或多個光檢測器，其輸出合成后產生一個與相位差?IF=?s-?LO無關的信號。這種技術在QPSK調制方式下工作得很好。圖9.5.2為一個兩端口相位分集接收機的原理圖，光混頻器把信號光和本振光混頻，在輸出端口上提供適當相位差的輸出，送到相應的接收支路。經信號處理和復合后提供一個與中頻相位?IF無關的電流。例如，具有兩個端口輸出的零差接收機，其輸出光信號相位差為90°，一個支路的電流是IPcos?IF，另一個支路是IPsin?IF。這兩個不同相位的信號進入各自的光檢測放大支路（“分”開接收），經各自的基帶信號處理后，兩個輸出信號相加（“集”合為有用的解調信號）。這就是所謂的相位分集接收，不管相位?IF如何變化，最后輸出總保持不變。舉一個?IF是90°或0°的特例，不管?IF是90°還是0°，輸出信號平方相加后 ）總是。兩個端口的相位分集接收的缺點是需使用兩套接收機，另外，也需要高功率輸出的本振激光器，以便能分配足夠大的功率到每個支路。因 此，目前所有相位分集接收機均使用兩個輸出端口。光混頻耦合器的結構見圖10.3.3。

圖9.5.2 兩端口輸出相位分集接收機原理框圖

四、偏振分集接收——輸出信號與偏振無關