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光纤通信中飞秒光脉冲间相互作用及其抑制

解忧  
【摘要】:光纤通信中,在单模光纤的反常色散区传输的皮秒光脉冲由非线性薛定愕方程(NLSE)描述,当脉冲宽度窄到亚皮秒和飞秒量级时,非线性色散的影响严重且不能作微扰处理,包含非线性色散项的高阶非线性薛定愕方程(HNLSE)是更好的模型。本论文以HNLSE孤子作为光纤飞秒光脉冲的传输模型,采用分步傅里叶方法,数值研究了光纤中各高阶效应影响下的飞秒光脉冲的传输特性,以及脉冲间的相互作用,最后对拉曼自频移效应下飞秒光脉冲间的相互作用进行了有效地抑制,得到一系列新的研究结果。 数值研究结果表明,对于飞秒光脉冲,其传输特性完全不同于皮秒光脉冲,当初始入射脉冲宽度一定时,光脉冲的传输特性主要取决于初始入射强度。只有当入射强度满足一定的大小时,才能形成孤子进行稳定传输,随着强度的进一步增大,飞秒光脉冲在传输的过程中开始分裂,但与皮秒光脉冲分裂后的周期性离合完全不同,飞秒光脉冲分裂后形成的脉冲非线性的加速分离。正三阶色散使光脉冲向前沿偏移,负三阶色散使光脉冲向后沿偏移,它们都使脉冲展宽且形成振荡,四阶色散使脉冲展宽和光谱出现旁瓣,综合考虑高阶色散时,三阶色散起主要作用。自陡峭效应使脉冲变陡、脉冲压缩,峰值功率增加;拉曼自频移效应使飞秒脉冲向后沿非线性漂移。对于飞秒光脉冲间的相互作用,也完全不同于皮秒光脉冲,后者表现为周期性的离合,而前者在经过第一次吸引碰撞后便相互排斥离去,不具有周期性,高阶效应加剧了脉冲间的相互作用。同时数值计算表明,拉曼自频移效应下飞秒光脉冲间的相互作用可以通过同步幅度调制技术、非线性增益控制和频域滤波相结合的方法进行有效的抑制。为增加光纤孤子通信系统的容量,改善通信质量,增加传输距离,提高通信速率提供了理论和实验依据。


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