北大光纤通信：7非线性课件

7、非线性

5月28日~6月10日《非线性光纤光学原理及应用》上篇第1章导论p4~15；第4章自相位调制p63~83；第7章交叉相位调制p165~170；第8章受激拉曼散射p187~191，p194~199第9章受激布里渊散射p222~223，p238~239；第10章参量过程p244~249，p267~27217、非线性

5月17-24日非线性概念线性系统：1、输入、输出信号频谱相同2、特性参数（传递函数）与输入信号幅度无关线性系统的输入、输出满足叠加原理线性系统N路信号同时输入线性系统N路信号分别输入2光纤的结构和基本特性……G.652单模光纤结构参数包层直径：125m纤芯折射率：1.468纤芯直径：~8m(DCF4~5m)相对折射率差：0.3%在小信号状态下，光纤是线性传输系统。由于光纤的纤芯直径很小，即使在输入光功率并不太大的情况下，纤芯内的能量密度也非常大。这就使光纤内部介质材料的物理特性参数可能与光强有关，也就是说光纤内部的介质材料可以从线性材料变为非线性材料。7、非线性

5月17-24日3光纤的非线性（3-p13）7、非线性

5月17-24日1次点乘后化为矢量2次点乘后化为矢量5整个表达式完全展开十分繁琐，一般都假设电场只有一个分量以便简化计算。需要注意的是，由于此时讨论的是非线性系统，三个电场分量单独作用于系统的响应的线性叠加不等于三个电场共同作用于系统时的响应。光纤中的最低阶非线性起源于（3）。它可引起3次谐波混频、4波混频以及非线性折射现象。由于光纤中产生新频率分量的非线性效应需要严格的相位匹配条件，一般情况下不易发生。因此光纤中的非线性效应主要是非线性折射引发的。非线性折射率：其中，假设光场为线偏振，且偏振方向为x。7、非线性

5月17-24日6光纤中的非弹性散射：1、拉曼散射和受激拉曼散射SRS7、非线性

5月17-24日finfout为拉曼散射光光学声子ffin=fout+f；石英系光纤f~13.2THz在光波频段增益谱与泵浦波长相关（3-图8.1）在光纤中自发拉曼散射始终存在，但其转换效率很低（106），所以拉曼光纤放大器的噪声系数较小。当光纤中的光功率密度达到阈值后（按3-8.1.13式的讨论条件~600mW）将发生转换效率很高的受激拉曼散射（大部分输入光功率可以转移到信号光上）。7光纤中的非弹性散射：1、拉曼散射和受激拉曼散射SRS假设拉曼增益谱为洛伦兹形，则激拉曼散射的临界泵浦功率可近似为：Aff为光纤有效截面积，Lff为光纤有效长度，gR为拉曼增益系数。标准单模光纤（SSMF）8m，受激拉曼散射的阈值（临界泵浦功率）：~500mW色散补偿光纤（DCF）4~5m，受激拉曼散射的阈值（临界泵浦功率）：~100mW7、非线性

5月17-24日92、拉曼光纤放大器7、非线性

5月17-24日输入信号光掺铒光纤输出光光隔离器光滤波器光耦合器光隔离器光耦合器同向泵浦激光器及控制电路数十到数百米反向泵浦激光器及控制电路光耦合器SMF光纤光耦合器同向泵浦激光器及控制电路光信号发射端机反向泵浦激光器及控制电路光信号接收端机DCF光纤SMF光纤DCF光纤数十到数百米数十到数百公里SSMF8m，受激拉曼散射的阈值~500mWDCF4~5m，受激拉曼散射的阈值~100mW102、拉曼光纤放大器优点主要包括：1、频带宽（13.2THz~100nm，增加泵浦源可以拓宽放大器的增益频带）；2、噪声系数低（低于EDFA，光纤中自发拉曼散射的效率很低106）。主要困难：分布式放大，适合点对点应用，在光网络中存在优化困难。7、非线性

5月17-24日光耦合器SSM光纤光耦合器同向泵浦激光器及控制电路光信号发射端机反向泵浦激光器及控制电路光信号接收端机DCF光纤SSM光纤DCF光纤数十到数百米数十到数百公里SSMF8m，受激拉曼散射的阈值~500mWDCF4~5m，受激拉曼散射的阈值~100mW11拉曼放大器的带宽f：已知：fin

=fout+f；f~13.2THzf=

foutN

fout1=（finN

f）（fin1

f）=finN

fin1

7、非线性

5月17-24日fPfout1foutN……fin1finN……13.2THz拉曼放大器带宽代入f=13.2THz，=1550nm，光速c。105.7nm，远远大于EDFA。13光纤中的非弹性散射：3、受激布里渊散射SBS的基本概念7、非线性

5月17-24日finfout为受激布里渊散射光声学声子ffin=fout+f；f~10GHz在声波频段受激布里渊散射的理论阈值很小，按照3-9.2.6式的讨论条件~1mW。在1550nm附近，实际标准单模光纤的受激布里渊散射阈值大于30mW。受激布里渊散射只有与输入信号相反方向的输出光。由于受激布里渊散射背向传输特征和声波频差（f=10GHz，=1550nm，0.8nm），因此该机理不适合于光纤通信系统中的光放大器。目前，受激布里渊散射是光纤通信系统中的有害效应。14参量过程参量过程的基本概