光信息處理中光纖色散的應用探討

摘 要 隨著科學技術的日益發展，光纖通信和光網絡技術也隨之迅速的發展。與光纖通信和光網絡技術緊密相關的光信息處理技術也受到人們越來越多的關注。常用的光纖色散的光信息處理技術有基于時域展寬的光模數轉換技術、圖像的時域串行編碼技術、時間透鏡等。對于光信息處理來說，目前存在一些問題，在眾多問題中，光纖色散是一個普遍存在且難以解決的。本文將對光信息處理中光纖色散的應用作簡要介紹。

關鍵詞 光纖光學；光信息處理；光纖色散；模式色散；色度色散

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0098-01

隨著科學技術的日益發展，現代多媒體也隨之迅速發展?；ヂ摼W，電子商務，郵件，視頻，等現代技術的發展，導致人們迫切希望找到一種新的物質來作為理想信息載體。隨著日益發達的媒體發展，電子技術已經不能滿足超高的信息處理要求。于是光纖應運而生，因為其高速傳輸速度和超寬信帶帶寬等優點，在信息處理領域受到越來越多的使用。本文將簡要介紹模式色散和色度色散光信息處理技術中的運用及發展前景。本人才疏學淺，如有不妥之處，望大家多多諒解。

1 光纖色散

光信號在光纖介質中的傳播有著一定帶寬的廣譜，其信號的頻率是處于一定范圍之內的。對于這個傳輸范圍內的頻率來說，每個小頻率成分都是由若干個模式分量構成。依據光纖的物理傳輸特性，不同頻率上的光信號或是光脈沖會有不同的傳輸速度，這些分量的綜合就購成了總體的光信號。在某些頻率部分會有比較嚴重的光信號失真問題，即經常說到的脈沖展寬，學術上將這種現象定義為光的彌散或色散。這種問題會極大的干擾系統性能，產生較高的誤碼率。

光纖的色散依據原因及產生機理不同可以進行區分，主要有材料色散、偏振色散、模間色散以及波導色散。大家都知道光纖的購成主要是二氧化硅，即常見的玻璃，玻璃石英自身的分子結構因素導致光信號在傳播中部分頻率會有色散問題，這個色散叫材料色散。結構色散主要是因為光纖信號中的導引模的群速度在波長不同的條件下產生的變化。實際的光纖中含有兩個相互垂直的偏振模，在傳播過程中，受到外部環境的作用，兩模式及其容易發生耦合，加之速度不同，從而導致光脈沖展寬，導致信號失真，這種光纖中偏振色散就稱為偏振模色散。模間色散是由于不同的導引模的群速度不同引起的，并且只出現在多模光纖中。

光纖信號的色散問題影響了光纖傳輸的帶寬參數。色散問題越嚴重，則光纖中的可用帶寬越窄，傳輸的總容量也就越小。因此，要想在在信息處理領域更好地使用光纖，必須要解決光纖色散問題。近年來，人們通過色散的光脈沖展寬特性，研制出來了一些速度快、寬度大的光信息處理技術。本文下面將幾種基于光纖色散的光信息處理技術。

2 基于光纖色散的光信息處理技術

1）基于時域展寬的光模數轉換技術。隨著科學技術的日益發展，一些高科技水平的應用平臺，如雷達、高速光網絡等系統對光學模數轉換技術的要求越來越高，傳統的電模數轉換器已難以滿足其需求。因此相關專業人員迫切需要找出一種具有高速的采樣速度、超寬的信帶，以及高比特精度的模數轉換技術。光學模數轉換技術應運而生，能夠滿足上述各項標準，因此被人們廣泛熱愛。

基于時域展寬的光模數轉換技術通過在采樣量化之前對模擬信號進行時域上的展寬，可大幅度提高光學模數轉換器的數模轉換性能。基于時域展寬的光模數轉換技術理論上較美，但是實際應用中也存在問題，比如說，此轉換器系統的高成本以及速度限制問題等。這些問題產生的原因是時間展寬的光模數轉換系統還需要用光電轉換設備將展寬后的光信號變成電信號再進行取樣。但是幸運的是，該問題在使用高非線性光纖后就得到了完美解決。

2）圖像的時域串行編碼技術?？焖俪上窦夹g對記錄以及觀察閃電、液體的流動等動態過程有著很重要的作用。然而一個普通的相機讀取數據并完成并行到串行的變換需要很長的時間，并且相機像素會隨著幀速的提高而減小。因此，快速成像技術很難達到高靈敏度和高速率的理想要求。通過用光纖的色散作用，把包含圖像信息的光譜在時域展開。利用這種技術使空間中不同位置的圖像映射到光譜中，避免使用陣列式的光電轉換設備，因此提高了成像速度。

3）時間透鏡。據研究報道，國外某研究機構的工作人員正在開發一種加速光數據的簡單硅設備，該設備由一種叫“時間透鏡”的硅芯片。研究人員發射出一束2.5納秒長的激光束，編碼成24比特信息，通過時間透鏡后，數據還是同樣的24比特，但時間壓縮為92皮秒。該研究實踐的結果證實硅芯片可以將光纖通信的速度明顯提升。

利用光電相位調制器實現和利用非線性晶體的和頻或差可以實現時間透鏡，以此應用于成像、光通信、光信號處理等領域。各路研究人員對于時間透鏡的研究一直沒有停歇過。為了解決時間透鏡分辨率高度方面的問題， 康奈爾大學研究人員經過很長時間努力，終于得到了分辨率很高的時間透鏡。

4）基于模式色散的全光積分器。實際中，一些研究人員利用色度色散來產生延時。隨著研究的深入，科研人員發現利用模式色散來產生延時，將大大減少所需光纖的長度。不僅如此，利用模式色散時，光源帶寬和波長對于激光器都沒有任何影響。但是前提條件是要通過功率均衡實現對光源的光譜的有效控制，并且要控制個模式所承載的功率保持一致，不可以出現功率此高彼低的現象。

5）光纖光柵的波長解調。相較于等其他傳感器，光纖光柵傳感器具有波長編碼、易于波分等優點。雖說如此，但是光纖光柵傳感器的實際應用往往受到一些限制，比如對于要求較高的、多點的動態系統中的應用就不適合。光纖光柵傳感器對于實時性要求不高的情況下，還是比較受歡迎的。此外，基于色散的光纖光柵的波長快速解調系統，使用非相干光源時成本會變高。

3 結束語

由于光纖具有高速傳輸速度和超寬信帶帶寬等優點，因此在信息處理領域受到越來越多的使用。 研究人員通過色散的光脈沖展寬特性，研制出來了一些速度快、寬度大的光信息處理技術。比如說，基于模式色散的全光積分器、圖像的時域串行編碼技術、時間透鏡、基于時域展寬的光模數轉換技術、光纖光柵的波長解調等技術。

參考文獻

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作者簡介

李濟慈（1990-），男，山東棗莊人，曲阜師范大學物理工程學院光信息科學與技術專業在校學生。endprint