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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(chǎn)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(qiáng)度調(diào)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(jīng)在電信網(wǎng)中獲得廣泛的應(yīng)用，并仍將繼續(xù)扮演主要的角色。然而， 這種IM/DD方式?jīng)]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(xiàn)外差檢測，從而限制了其性能的進(jìn)一步改進(jìn)和提高。

       IM/DD方式是用電子數(shù)據(jù)脈沖流直接調(diào)制光載波的強(qiáng)度，在接收 端，光信號被光電二極管直接探測，從而恢復(fù)最初的數(shù)字信號。相干檢測系統(tǒng)用調(diào)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(shù)恢復(fù)原始的數(shù)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(shù)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(shù)的動機(jī)主要有兩個：一是接收機(jī)靈敏度與IM/DD 系統(tǒng)相比可以改進(jìn)20dB，從而在相同發(fā)射機(jī)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。現(xiàn)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(jīng)廣泛使用。

二、外差異步解調(diào)——不需恢復(fù)中頻可簡化接收機(jī)設(shè)計

       在原理上，激光外差檢測與無線電外差接收機(jī)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(diào)接收機(jī)方框圖。它不要求恢復(fù)中頻（微波載波），所以可簡化接收機(jī)的設(shè)計。使用包絡(luò)檢波和低通濾波器，把帶通濾波后的信號If（t）轉(zhuǎn)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(jī)噪聲。外差異步解調(diào)與外差同步解調(diào)的差別在于接收機(jī)噪聲的同相和異相正交成分均影響信號質(zhì)量， 所以外差異步解調(diào)接收機(jī)的信噪比和接收機(jī)靈敏度均有所降低，不過， 靈敏度下降相當(dāng)?。?0.5dB）。同時，異步解調(diào)對光發(fā)射機(jī)和本振光的線寬要求卻是適中的，因此，外差異步接收機(jī)在相干光波系統(tǒng)的設(shè)計中扮演著主要的角色。

圖9.5.1 外差異步解調(diào)接收機(jī)方框圖

三、相位分集接收——產(chǎn)生與信號光和本振光相位差無關(guān)的輸出信號

       在相干光波系統(tǒng)中，導(dǎo)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(jī)光檢測器產(chǎn)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(dǎo)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(dǎo)體激光器外，另一種方法是設(shè)計一個相位分集接收機(jī)。這種接收機(jī)使用兩個或多個光檢測器，其輸出合成后產(chǎn)生一個與相位差?IF=?s-?LO無關(guān)的信號。這種技術(shù)在QPSK調(diào)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(jī)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(dāng)相位差的輸出，送到相應(yīng)的接收支路。經(jīng)信號處理和復(fù)合后提供一個與中頻相位?IF無關(guān)的電流。例如，具有兩個端口輸出的零差接收機(jī)，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(jìn)入各自的光檢測放大支路（“分”開接收），經(jīng)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(diào)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(jī)，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(jī)均使用兩個輸出端口。光混頻耦合器的結(jié)構(gòu)見圖10.3.3。

圖9.5.2 兩端口輸出相位分集接收機(jī)原理框圖

四、偏振分集接收——輸出信號與偏振無關(guān)