相干探测的应用与意义

过去，几乎所有实用化的光纤通信系统都采用非相干的强度调制——直接检测（IM/DD）方式，这类系统成熟、简单、成本低、性能优良，已经在电信网中获得了广泛的应用，并仍将继续扮演主要的角色。然而，这种IM/DD方式没有利用光载波的相位和频率信息，无法像传统的无线电通信那样实现外差检测，从而限制了其性能的进一步改进和提高。

IM/DD方式是用电子数据脉冲直接调制光载波的强度，在接收端，光信号被光敏二极管直接探测，从而恢复最初的数字信号。相干检测系统，就像传统的无线电和微波通信一样，用光载波的频率或相位发送信息，在接收端，使用外差检测技术恢复原始的数字信号。因为光载波相位在这种方式中扮演着重要的角色，所以称为相干通信，基于这种技术的光纤通信系统称为相干通信系统。

相干检测可使接收机灵敏度提高，与IM/DD系统相比可以改进20dB，从而在相同发射机功率下，允许传输距离增加100km；另外使用相干检测也可以有效地利用光纤带宽，因为可以使波分复用（WDM）各载波的波长间距减小。

在原理上，激光外差检测与无线电外差接收机的相似，都是基于无线电波或光波的相干性和检测器的平方律特性的检测。

相干光波系统是信号光在接收端入射到光探测器之前，用另外一个称为本地振荡器产生的窄线宽光波与它相干混频，如图5-8所示，光探测器的输出是一个微波中频信号，典型值为1～5GHz，然后再把该中频信号转变为基带信号。

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图5-8 相干检测原理框图

对于外差检测接收机，用单个比特时间内（即“1”码内）接收到的平均光子数N_p表示的SNR为

SNR=2ηN_P （5-6）

对于直接检测接收机，BER为10^-9时，要求每比特光子数为1000。但对于相干检测接收机，是很容易实现的，因为借助增加本振光功率，使散粒噪声占支配地位，其他噪声均可以忽略不计。