长距离、大容量、高速率光纤通信系统，是光通信的追求目标。尽管波分复用技术和掺饵光纤放大器的广泛应用已经极大地提高了光通信系统的带宽和传输距离，然而伴随着互联网的普及产生的信息爆炸式增长，对作为整个通信系统基础的物理层提出了更高的传输性能要求。得到广泛应用的WDM光通信系统，其单信道采用强度调制/直接检测(IM/DD),即发送端对光载波进行强度调制，接收机对光信号进行直接检测。尽管这种结构具有简单、容易集成等优点，但是由于只能采用ASK调制格式，其单路信道带宽很有限，因此这种传统光通信技术在高速系统中势必会被更先进的技术所代替，其中相干光通信技术成为首选。
1.相干光通信系统的构成和原理
相干光通信的基本工作原理如图38所示。其工作过程为：在发送端.采用间接调制或者直接调制方式将信号以调幅、调相、调频等方式调制到光载波上，经过经光纤传输到接收端。当信号光传输到达接收端时，首先经耦合器与本振光合路，再进入光检测器，与本地光振光信号进行光电混频；光检测器输出的混频后的电信号进过电信号处理单元选出本振光和信号光的差频信号，差频为一定值时，接收称为外差接收；差频为零时，称为零差接收。在外差接收中，差频为中频信号，它携带了要传输的信号的信息，在电信号处理单元经过对差频信号进行中频放大、解调等步骤，恢复出要传输的信号。而在零差接收中，需要处理的信号则是基带信号。
图38 相干光通信系统原理图
2.相干光通信技术的主要特点
相干光通信系统与IM/DD系统相比.具有以下独特的优点：
(1) 灵敏度高，中继距离长
相干光通信的一个最主要的优点是进行相干探测，从而改善接收机的灵敏度。在相干光通信系统中，经相干混合后输出光电流的大小与信号光功率和本振光功率的乘积成正比。在相同的条件下，相干接收机比普通接收机提高灵敏度约20dB,可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离。
(2) 频率选择性好，通信容量大
相干光通信的另一个主要优点是可以提高接收机的频率选择性。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，只有在中频频带内的噪声才可以进入系统，而其他噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。此外，由于相干探测优良的频率选择性，相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小.即DWDM,取代传统光复用技术的大频率间隔，具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。
(3) 具有多种调制方式
在传统的IM/DD光通信系统中，只能使用强度调制方式对光进行调制。而在相干光通信中，除了可以对光进行幅度调制外，还可以使用PSK、DPSK、QAM等多种调制格式，虽然增加了系统的复杂性，但是相对于传统光纤通信系统可以实现更高传输速率，同时可以提高频带利用率。
(4) 可以使用电子学的均衡技术来补偿光纤中光脉冲的色散效应
如将外差检测相干光通信中的中频滤波器的传输函数正好与光纤的传输函数相反，即可降低光纤色散对系统的影响。
3. 相干光通信技术的关键技术
实现相干光通信系统涉及一系列技术问题，主要有以下关键技术。
(1) 窄线宽的半导体激光器
相干光纤通信系统中对信号光源和本振光源的要求比较高，它要求光谱线窄、频率稳定度高。光源本身的谱线宽度将决定系统所能达到的最低误码率，应尽量减小。
(2) 调制技术
在相干光通信系统中，除FSK可以采用直接注入电流进行频率调制外，其他都是采用间接调制方式
(3) 接收技术
相干光通信的接收技术包括两部分，一部分是光的接收技术，另一部分是中频之后的各种制式的解调技术。解调技术实际上是电子的ASK、FSK和PSK等的解调技术。在光的接收技术中，主要有平衡接收、偏振分集接收和相位分集接收。
(4) 偏振控制技术
相干光通信系统接收端必须要求信号光和本振光的偏振同偏，才能取得良好的混频效果，提高接收灵敏度。信号光经过单模光纤长距离传输后，偏振态是随机起伏的，为此，人们提出了很多方法，如釆用保偏光纤、偏振控制器和偏振分集接收等方法。
