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什么是光纤通信系统中的模式噪声?

日期:2012-08-24 | 来源:本站 | 浏览:

   噪声是通信系统的主要问题之一。对于光纤通信系统,我们一般认为,噪声仅仅来源于检测器,实则不然,激光器本身和光纤系统(也包括激光器本身与光纤)也产生噪声。

   光纤的模式噪声是发生在多模光纤中的光功率随机变化。如果光源是高度相干的(也就是说,采用高质量的激光器),光纤中的模式将会相互干涉,形成一个亮暗相间的光斑图。在模式产生相长干涉(模场同相相加)的地方会出现亮点,反之,模式产生相消干涉(模场反相相加)的地方会出现暗点。

   对于非相干光源(比如用LED),由于其线宽较宽,所以不会形成类似的光斑图。为了说明这个结论,可以考虑一个非相干光谱,其中包含一系列相隔很近的波长。每一个波长都会产生一个略微不同的光斑图。在某个位置上一些光斑图为暗点,另一些则可能为亮点。由于不同波长的波相互之间不会产生干涉,所以总的光斑图是各个独立光斑强度上的叠加。因此,最终的图样在光纤的横截面上是近似均衡的(可能呈缓慢变化)。

   单模光纤中没有这样的光斑。因为这种光斑代表的是两个或多个模场之间的干涉,所以要出现光斑必须有一个以上的模式。

   光斑本身并不具烦扰性,但是需要考虑光源的输出波长改变时(例如温度变化或调制所引起的啁啾。此时,由于干涉图样的形状严格依赖于波长,所以图样会随波长的改变而发生变化,亮点和暗点将会移动到新的位置上。另外,如果光纤有物理上的位移,则会改变许多模式的传播路径(以及相对路径),也会产生类似的干涉图样改变。连续随机的温度变化或者物理位移(例如振动)会造成光斑连续随机地改变。即使这样的影响,对于一个理想的光纤系统也不是有害的。放置在光纤末端的光检测器很容易收集光纤中所有的光功率,而不必考虑照射光的特殊图样。然而,对于一个非理想的光纤链路,其中元件的损耗是有选择性的。也就是说,其损耗值与照射光的图样有关。大多数连接器都有这样的特性。例如,如果一个连接器中的光纤有些横向对准差错,则其损耗会有模式选择性。不同的光斑图样对应不同的光功率耦合效率,因为某一个图样在两个纤芯重叠部分集中的光功率可能比另一个图样更多。随着图样的变化,一些斑点将移出(或移人)重叠区域。随机变化的图样将会转变为随机变化的连接损耗,从而引起接收功率的随机变化,这就是模式噪声。

   将模式噪声降到最小,在理论上很简单。可以使用单模光纤,或低损耗的连接器,或低相干性的光源。使用单模光纤和低损耗连接器都会增加系统的成本,而使用低相干性的光源会增加材料色散导致的散脉冲展宽,从而降低光纤的数据传输能力。

   用一句结论性的话说,在多模光纤系统设计中必须考虑模式噪声。但我们必须意识到,从理论上很难预知模式噪声的大小,因为通常不知道连接器失准的程度和光源波长的变化。模式噪声必须通过实验的方法估算。

( 编辑:admin )
 TAG标签: 光纤
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