简介

在我们这个相互联系日益紧密的世界里，对远距离高速数据传输的需求空前高涨。相干光通信技术是其中的突破性技术，实现了前所未有的数据传输能力和覆盖范围，进而改变了电信行业。

本文将深入探讨相干光通信技术背后的基本原理，并探讨相干光学如何成为现代电信基础设施不可或缺的组成部分。

光传输基础

在深入研究相干光通信技术之前，让我们先建立一些基础概念。光收发器是促进光纤网络与计算机、路由器和交换机等电子设备之间通信的设备。它将电信号转换成光信号，用于光纤传输，反之亦然。

图 1：收发器如何将电信号转换成光脉冲，反之亦然。发射器有一个激光器或 LED，可产生代表电子数据信号的光脉冲。在接收端，接收器检测光信号并将其转换为电信号，电子设备可进一步处理这些电信号。

将电子数据编码成光脉冲的方法有多种，其中强度调制/直接检测（IM-DD）是最基本的方法之一。在 IM-DD 中，电信号的数字 0 和 1 直接加到光信号上，类似于打开和关闭手电筒来发送莫尔斯电码信息。

虽然 IM-DD 传输简单、成本效益高，但在数据容量和传输距离方面存在局限性。

相干传输： 释放前所未有的潜力

相干传输通过对光波的多种属性（包括强度、相位和偏振）进行信息编码，将光数据传输提升到了新的高度。IM-DD 只对光波强度进行数据编码，而相干传输则利用了所有三种属性，从而大大提高了单个光波的数据传输速率。

此外，由于接收器能够读取光信号的相位和偏振，因此对噪声的承受能力更强，传输距离更远。

数字信号处理器和可调谐激光器的作用

相干光系统的核心是精密的数字信号处理器（DSP）。这种电子元件可将电信号编码和解码为光信号，补偿光纤中的传输损伤，执行模数信号转换，纠正错误，加密数据以及监控性能。最近，数字信号处理器又增加了概率星座整形和动态带宽分配等高级功能，进一步提高了覆盖范围和性能。

图 2：EFFECT Photonics 设计的相干 QSFP 收发器构建模块简图，其中包括 DSP 和可调谐激光器。收发器的特点是可调谐激光器与其他光学元件集成在同一个光引擎芯片中。

可调谐激光器是 IM-DD 和相干光通信系统的另一个关键部件。它产生的光信号通过光纤进行编码和传输。该信号的纯度和强度直接影响通信系统的带宽和覆盖范围。由于相干系统将信息编码在光的相位中，因此光源越纯净，就能传输越多的信息。

相干光学的微型化

起初，相干通信属于复杂的台式系统的范畴，其中有许多分立元件，连接起来非常麻烦，而且价格昂贵。然而，随着技术的进步，相干设备变得更小、更省电、更具成本效益。

到 2018 年，大多数相干线路卡转发器功能都可以微型化，变成一包卡片大小的 CFP2 收发器模块，并可插入具有可插拔线路侧的模块中。几年后，QSFP 模块问世，基本上只有一个大 U 盘大小，可直接插入路由器。

图 3：从 OIF MSA 线路卡模块到 CFP 和 QSFP 等可插拔模块的相干模块尺寸和功耗演变。

尺寸、功耗和成本的降低，再加上电信网络不断增长的数据需求，使得相干技术在城域网和接入网中越来越可行。

将相干光通信技术引入网络边缘

EFFECT Photonics 是处于光通信技术前沿的公司，通过将 DSP 和可调谐激光器等先进技术集成到紧凑、高效的收发器中，EFFECT Photonics 正推动相干光通信技术成为现代电信基础设施中无处不在的组成部分。

结论

相干光通信技术改变了电信业，将复杂的理论基础与实际工程进展相结合，大大提高了数据传输能力和传输距离。相干系统从台式实验到成为数字基础设施的骨干，体现了光通信在互联世界日益增长的需求推动下所取得的进步和发展。随着相干光学不断变得更加紧凑、高效和经济，它们将在实现各种网段的高速数据传输方面发挥越来越重要的作用，确保我们的数字世界保持无缝连接。