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光孤子通信系统中偏振模色散的研究

陈曦  
【摘要】: 光纤通信系统以其传输速度快、传输距离远、信息容量大、保密性强等优势已成为现代通信的主体。随着通信技术发展,一种全新的超高速、大容量、超长距离的非线性全光通信技术——光孤子通信开始走入人们的视线,其以非线性光学作为理论基础,克服了光纤色散对光信号传输的限制,通信距离可达数万公里,并适用于波分复用(WDM)和光时分复用(OTDM)的长距离高速光纤通信,是进一步提高光纤通信系统容量的最佳通信方式。与此同时,偏振模色散(PMD)对光纤通信容量的限制越来越明显,并且成为限制高速率传输系统中的一个重要因素。 本文对光孤子通信的理论和应用做了介绍和研究,探讨了有损光纤中的孤子色散管理技术。讨论了一种新型的基于色散衰减光纤的色散管理,可以只用两段不同色散的光纤连在一起来实现指数衰减色散光纤,而且在每个色散图中不同的色散值可以通过改变两段光纤的长度来实现。结果显示这种方法比起传统的孤子系统有更多的优点。 用分步傅立叶算法对光孤子的一般传输方程——非线性薛定谔方程(NLSE)进行求解,验证了皮秒光孤子的特性。当脉冲宽度小于皮秒量级时,高阶非线性效应和高阶色散效应将不可忽略,此时飞秒量级的脉冲在光纤中的传输满足高阶修正的非线性薛定谔方程(HONLS)。同样通过分步傅立叶算法求解,探讨了飞秒光孤子的传输特性。 在已有的大量关于皮秒量级光孤子通信中偏振模色散研究的基础上,通过求解含PMD的飞秒孤子对方程——高阶修正的耦合非线性薛定谔方程,研究了飞秒光孤子系统中PMD的特性。对同相和正交飞秒孤子对分别进行了讨论,结果显示:正交飞秒孤子比同相飞秒孤子具有更好的自俘获特性;偏振角不影响自俘获;双折射系数越大,PMD越大,自俘获效应越不明显;正交飞秒孤子和同相飞秒孤子对相对振幅都很敏感,这与皮秒孤子不同;入射功率对于正交孤子对的自俘获效应有阈值;比起皮秒孤子的来说,因为飞秒孤子的自频移效应,发生明显的自俘获效应的条件比较困难,而且基本没有完美的自俘获使得两分量群速度相同。在最后,我们提出了一种近似判定功率对于正交飞秒孤子对的阈值的方法。


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