光孤子在光纤中传输的特性研究

【摘要】： 光纤技术的应用主要集中在两个方面,一方面是光电检测与光纤传感,另一方面主要应用在光纤通信中。随着对大容量、高速率通信要求的不断提高,光孤子通信逐渐成为各国科学家研究的热点。光孤子是一种光脉冲序列,它在光纤中长距离传输时能保持形状不变,这种特性是实现光孤子通信的基础。光孤子脉冲之所以能在光纤中稳定传输是利用群速度色散和自相位调制效应平衡的结果,然而实际的光纤通信系统并非如此理想,影响光孤子传输特性和传输容量的主要因素从总体上主要表现在两个方面:一是光纤介质引起的,如损耗、群速色散、偏振模色散等;二是非线性相互作用,如自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)等。因此研究光孤子在光纤中的传输特性,对于设定光孤子通信系统,使光孤子通信实用化具有重要意义。论文在研究光孤子在光纤中的传输特性和光孤子实验系统方面做了以下几个方面的工作: 首先在麦克斯韦电磁场理论基础上推导了光纤孤子传输的非线性薛定谔方程(NLSE),并对其进行了修正,得到了高阶修正的NLSE,结合偏振模色散(PMD)基本理论及其表示方法,得到描述光脉冲在双折射光纤中传输的NLSE。 对ps光孤子在光纤中的传输特性做了研究并进行了数值模拟,对高阶孤子相互作用研究发现孤子脉冲的衰变现象,得到脉冲对在光纤中传输时衰变规律。对于高阶孤子来讲,高阶色散的增大会使孤子分裂更为严重,并且相互吸引的两列分裂波会迅速叠加在一起,给通信带来不利影响。 利用修正的高阶广义非线性薛定谔方程,得到增加二阶色散系数,三阶飞秒孤子的裂化也会得到控制,在频域内表现为频谱中移变窄。还分析了自陡峭效应和自频移效应对二阶孤子传输的影响,指出在一定的参数取值范围内,自频移效应对二阶孤子传输的影响要比自陡峭效应大,占主导地位,且对自陡峭效应有一定的抑制作用。 研究了同步调制技术对经典孤子系统的PMD的补偿作用,使脉冲的最大传输距离成倍的增长,有效的提高了脉冲的传输质量;滑频滤波器对该系统中PMD的抑制作用很小,但对色散管理孤子(DMS)系统的PMD抑制作用显著。研究了滤波控制DMS在双折射光纤中的传输特性,采用变分法解出滤波控制DMS的传输规律,解析结果表明,PMD的滤波控制极大地优化了DMS传输性能。 对增益开关半导体激光器(DFB-LD)做了实验研究,采用光纤光栅滤波器消除脉冲初始啁啾,得到变换限制脉冲。设定了实验系统,实现了ps孤子34km无畸变传输。