摘要：光孤子通信系统是一种数字通信系统，由于光孤子具有保形传输的特性，人们自然会想到通过减小相邻孤子间距的办法来达到增加通信系统容量的目的。因此，研究孤子间互作用及其抑制方法，对通信系统容量的提高，具有极大的理论参考与实用价值。
关键词：光纤通信；孤子互作用
3G牌照的发放为通信业带来了巨大的机遇，随着通信带宽的进一步增大，以光纤维通信骨干网将变得更加拥挤。目前的光纤通信主要是线性通信系统，线性光学在该通信系统中占了统治地位。但是，光的色散效应大大限制了光通信的质量，于是人们想到了用非线性来综合色散对光纤通信系统的影响，这就是光孤子通信。光孤子通信系统具有更加突出的优点，已经成为超长距离通信的优选方案。
1 光孤子通信研究现状及其发展
对孤子互作用的研究是与孤子通信研究的进展同步的。
较早以皮秒孤子为研究对象，高阶效应中，只有三阶色散对皮秒孤子的影响比较明显，研究主要集中在孤子本身参数对孤子互作用的影响。由于光纤存在损耗，需要通过损耗管理来补偿孤子损失的能量，通常采用的方法是采用EDFA(掺铒光纤放大器)进行集总放大，然而这将造成放大器处非线性效应强烈，并引入放大自发辐射噪声，都将增强孤子的相互作用。因此现在针对分布式拉曼放大的研究重新引起重视。在光通信系统中引入滤波器可以明显降低孤子的定时抖动，有研究表明滤波器同样可以抑制孤子的相互作用。由于光通信速率的进一步提高，孤子的宽度由皮秒量级变缩短为飞秒量级，各种高阶非线性效应突出，高阶效应对孤子的影响成为重要研究对象。90年代中期，色散管理(DM)的思想被引入。利用色散管理的思想，可以对已经铺设的光纤进行升级，极大提高通信系统的容量。相对于重新铺设光纤，能够有效降低成本，因此引起全世界专家的重视。通过适当的配置光纤的色散值可以明显降低相邻色散管理孤子(DMS)的相互作用。系统速率的提高使偏振对系统的影响突显，同时双折射光纤中孤子互作用成为重要研究课题。目前，孤子通信的各种技术已经基本成熟，系统设计成为当前研究的热点，各个研究机构都纷纷拿出自己的系统设计方案，孤子互作用是系统设计的一个重要指标。
在光弧子通信领域内，美国和日本处于世界领先水平。美国贝尔实验室已经成功实现了将激光脉冲信号传输了5920km，还利用光纤环实现了5Gbit/s、传输15000km的单信道孤子通信系统和10Gbigs、传输11000km的双信道波分复用孤子通信系统；日本利用普通光缆线路成功地进行了超高20Tbit/s、远距离1000kin的孤立波通信，日本电报电话公司推出了速率为10Gbit/8、传输12000km的直通光弧子通信实验系统。在我国，光弧子通信技术的研究也有一定的成果，国家“863”研究项目成功地进行了OTDM光弧子通信关键技术的研究，实现了20Gbit/s、105km的传输，然而总体来说，由于投资不足，国内的研究水平离国际先进水平尚有较大差距。
2 光孤子通信研究的科学意义和应用前景
在中国光孤子通信研究起步较晚，直到1992年以后科技部和当时的邮电部才投入少量资金进行试探性研究，也取得了一些成果。例如进行了2.5Gbit/s光孤子通信系统的误码测量并进行了10GHz色散补偿的光孤子传输实验。另外在光孤子通信系统优化设计，光孤子时分复用与波分复用等方面做了一些理论研究。但由于投资不足，研究离国际先进水平有较大差距。
与传统的通信方式相比，光纤信道带宽极宽，传输容量大。光纤通信系统的中继距离长，如果采用了光孤子通信系统，甚至可以实现越洋无中继通信。此外，光纤通信抗干扰能力强，保密性好，还能节约有色金属。光进铜退已经成为了通信业界的共识。
其优点主要表现在以下几个方面：(1)高容量：码率可达100GHz以上；(2)中继距离长：可实现50-100公里无放大传输，两中继之间可设若干级放大，因此再生距离至少在500公里以上。(3)放大设施简单：利用光孤子的绝热特性，通过简单的受激Raman放大或其它方式的光放大对孤子的能量进行补充。免去了复杂再生过程。(4)误码率低及抗噪声能力强。
光孤子通信系统是一种数字通信系统，由于光孤子具有保形传输的特性，人们自然会想到通过减小相邻孤子间距的办法来达到增加通信系统容量的目的。但是，不久人们就认识到，当相邻孤子比较靠近时，孤子之间会发生相互作用，并由此影响孤子通信的性能。因此，研究孤子间互作用及其抑制方法，对通信系统容量的提高，具有极大的理论参考与实用价值。
作为非线性光纤通信的光孤子通信相对目前运行线性通信系统具有许多优势。这种优势随着通信系统码速率提高将逐步显示出来。因此在未来超高速长距离跨海洋光纤通信系统和城市大容量通信网的建立中，光孤子通信是一个重要的选择方式，我们应对此有足够的认识。目前我国应适当加大对光孤子通信研究的投资，使中国在光孤子通信研究争得应有的地位。
3 孤子间互作用研究要解决的主要问题
对孤子间相互作用的研究，本课题主要想解决以下几个问题。
问题1：光孤波相互作用的效果会随着光脉冲功率的变化而变化，在掺铒光纤放大器放大光脉冲后，光孤波互作用增强。通常的办法是在放大器后插入滤波器，或者对光孤波进行非线性放大，抑制孤波相互作用造成中心频率移动，基本能起到抑制作用，但这样做会造成脉冲脱离时间槽中心等明显的副作用，目前的方法都还不够完善，不断有新的方案提出。
问题2：光孤波互作用的最大危害是脉冲脱离时间槽，造成误码，但造成误码的统计模型和实验结果有出入。由于难度较大，国内在该方面研究教少，国外有研究根据实验结果，提出应该按脉冲串中单个脉冲所处位置的不同单独考虑。模型的数值计算结果表明新模型更贴近实验结果。
问题3：衡量光孤波受抑制程度的衡量标准不够科学。一般都按从开始到发生碰撞的所经过的色散长度来衡量，该方法忽视了这样一个事实：光孤波只要离开初始时间槽一殴距离，即造成误码。国外有人提出，应该以脱离原始位置的距离与时间槽长度的比例来衡量抑制方法的优劣，基本符合通信系统的实际情况。
总之，随着光纤到户(删)呼之欲出，光通信产业整体回暖，科学工作者的研究热情日益上涨，各国很多高校都在做相关的理论及应用研究。在信息需求愈来愈极度膨胀的今天，建立超高速、极大容量的光纤通信系统，已经成为现实而急切的任务。由于抑制光纤中孤子相互作用，可以直接增加系统的码率和延长系统的中继距离，孤子互作用的特征及其抑制方法始终是研究的热点。