光孤子通信系統(tǒng)的研究

論文編號:TX272  論文字數(shù):32390,頁數(shù):59

摘    要
 光纖通信具有高速率、大容量、長距離以及抗干擾性強等特點，但光纖的損耗和色散降低了光纖的傳輸性能，阻礙了光纖通信的發(fā)展。隨著EDFA的廣泛使用，損耗的問題基本解決，光纖的色散便成了目前光纖通信系統(tǒng)中限制光信號傳輸速率和距離的主要因素。利用非線性效應(yīng)補償色散（形成孤子）來保持光脈沖穩(wěn)定的傳輸逐漸成為通信的研究熱點。
 本論文介紹了光孤子的相關(guān)理論。首先，介紹孤子形成的機理即用非線性效應(yīng)來平衡色散效應(yīng)以實現(xiàn)光脈沖的穩(wěn)定傳輸，并討論了描述光孤子傳輸?shù)姆匠碳肮伦咏狻Ｈ魧崿F(xiàn)超短脈沖的穩(wěn)定傳輸僅由非線性效應(yīng)補償色散是不能實現(xiàn)的。于是在后續(xù)部分介紹了色散管理和密集色散管理的概念，并討論了有關(guān)光脈沖壓縮的技術(shù)，提出將色散管理和孤子效應(yīng)壓縮相結(jié)合以實現(xiàn)超短脈沖穩(wěn)定傳輸?shù)男滦凸夤伦訅嚎s方案。最后，用Matlab軟件模擬了各種效應(yīng)對傳輸孤子的影響。
 
[關(guān)鍵字] 光孤子；非線性薛定諤方程；色散管理；密集色散管理；光脈沖壓縮

The Research of Soliton Communication Systems
ABSTRACT
 Optical fiber communication has the advantage of high-speed, large-capacity, long-distance and noise-proof,but fiber loss and dispersion limits the optical pulse transmission performance, has hinder the development of optical fiber communications. With the widespread use of EDFA, the loss basically solved, fiber dispersion effect has become the main factors which limit optical signal transmission rate and distance in the fiber-optic communications system.In the field of communications,nonlinear compensation dispersion effect (formation of solitons) to maintain the stability of the optical pulse transmission is becoming the hot spot .
 This paper introduces the theory of solitons. The first chapter describes soliton formation mechanism that is used the effects of nonlinear to balance dispersion effects in order to achieve stability in the optical pulse propagation; In part II discusses the description of the soliton transmission equation and soliton solutions; Bit rate and the transmission distance and the error rate is the main communications parameters, If achieving stability ultrashort pulse transmission only by the nonlinear effects is not realized.So the third part discusses dispersion management and intensive dispersion management concept and the fourth part of the optical pulse compression technology,introduces the dispersion of management and soliton compression effect of combining technology,in order to achieve pulse compression and maintained short-pulse stability of the transmission, to achieve high-speed, large-capacity, long-distance communication. In the fifth part of simulate various effect of soliton transmission with Matlab software.
 
[Keywords] optical solitons; Nonlinear Schrodinger equation; Dispersion management; Intensive dispersion management; Optical pulse compression 
 
 目    錄
1 緒論 6
1.1 概述 6
1.2 光孤子通信的關(guān)鍵技術(shù) 7
1.3 國內(nèi)外發(fā)展狀況 7
1.4 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排 8
2 光纖孤子形成的基本原理 9
2.1 群速度色散 10
2.1.1 色散的概念 10
2.1.2 色散的表示 10
2.1.3 色散引起的脈沖展寬 10
2.2 自相位調(diào)制 12
2.2.1 光纖的非線性特性 12
2.2.2 非線性特性的表示 12
2.2.3 自相位調(diào)制（SPM）效應(yīng)對光脈沖的影響 13
2.3 GVD和SPM共同作用的情況 14
3 非線性薛定諤方程 15
3.1 非線性薛定諤方程的推導(dǎo) 15
3.2 非線性薛定諤方程的孤子解 18
3.2.1 用逆散射法求解非線性薛定諤方程 18
3.2.2 數(shù)值解法 20
4 孤子系統(tǒng)、色散管理孤子系統(tǒng)和密集色散管理孤子系統(tǒng) 21
4.1 光孤子系統(tǒng) 21
4.1.1 光孤子通信系統(tǒng)原理 21
4.1.2 光孤子通信系統(tǒng)的組成 21
4.1.3 光孤子通信系統(tǒng)存在的問題 21
4.2 色散管理孤子系統(tǒng)（DMS） 22
4.2.1 色散漸減光纖 22
4.2.2 DM孤子引入的原因 22
4.2.3 DM孤子的原理 22
4.2.4 DMS的色散圖 22
4.2.5 DM的傳輸特性 23
4.2.6 DM孤子的優(yōu)勢 25
4.3 密集色散管理孤子系統(tǒng)（DDMS） 25
4.3.1 DDM引入的原因 25
4.3.2 DDM孤子的色散圖 26
4.3.3 DDM孤子的優(yōu)勢 26
4.4 三個系統(tǒng)的適用范圍 26
5 光脈沖壓縮技術(shù) 27
5.1 光脈沖壓縮的物理機制 27
5.2 預(yù)啁啾 27
5.3 光纖-光柵對壓縮器 27
5.3.1 壓縮器的結(jié)構(gòu)圖 27
5.3.2 光纖-光柵對壓縮器的工作原理 28
5.4 孤子效應(yīng)壓縮器 28
5.4.1 孤子效應(yīng)壓縮器原理 28
5.4.2 孤子效應(yīng)壓縮器的理論模型及數(shù)值解法 29
5.4.3 孤子效應(yīng)壓縮器的性能 29
5.5 一種新穎的光孤子脈沖壓縮技術(shù) 32
6 傳輸孤子的數(shù)值模擬及分析 33
6.1 孤子的形成 33
6.1.1 GVD效應(yīng)引起的變化 33
6.1.2 SPM引起的變化 34
6.1.3 GVD和SPM共同作用 34
6.2 色散效應(yīng)及啁啾對光脈沖的影響 36
6.2.1 二階色散及啁啾在傳輸過程中對光脈沖的影響 36
6.2.2 三階色散及啁啾在傳輸過程中對光脈沖的影響 39
6.3 非線性效應(yīng)及啁啾的影響 40
總  結(jié) 42
謝    詞 43
參考文獻 44
附錄A 外文翻譯——原文部分 45
附錄B 外文翻譯——譯文部分 50
附錄C Matlab程序代碼 54