高斯脉冲在光纤中传输的研究

1、东莞理工大学本科毕业论文毕业设计题目：光纤中高斯脉冲传输的研究学生名称：颐和园学号：200741306121系列：电子工程学学院专业课：07光信息科学技术讲师名称和职称：徐英贤副教授开始和结束时间：2010年十月3354年2011年五月摘要通过非线性薛定谔方程求解，研究了线性光纤色散导致初始频率的高斯脉冲扩展的详细物理过程。获得高斯脉冲在光纤中散射的脉冲扩展特性，阐述了啁啾系数对脉冲扩展的影响，讨论了光纤色散对各种宽度脉冲的影响，对色散补偿等技术的研究具有一定的参考价值。关键词：光纤；脉冲扩展啁啾高斯脉冲；脉冲扩展系数Abstractthe detailed physical process

2、of the group-velocity dispersion induced initial frequency chirped Gaussian pulses Broadening is studied throup noopkey word : piver；Pulse broadeningChirped Gaussian pulsePulse broadening factor目录1.引言本课题研究的意义11.1国内外研究现状21.2高速光纤通信的分布式赔偿技术3理论模型和分析43.啁啾和色散引起的脉冲扩展的理论分析和模拟53.1高斯脉冲在光纤中传输的相关概念5啁啾、正常色散区、非正常

3、色散区的概念53.2光脉冲的啁啾对高斯脉冲传输的影响研究63.21初始钚脉冲在光纤中传输时的扩展系数63.22光脉冲对高斯脉冲传输的影响73.3研究啁啾和色散的共同作用对高斯脉冲传输的影响104.基于钚和色散的脉冲扩展数值模拟和分析124.1模拟工具：OPTISYSTEM1212MATLAB编程模拟124.2光脉冲的钚对高斯脉冲传输数值模拟和分析144.3啁啾和色散的共同作用下高斯脉冲传输的数值模拟和分析155脉冲本身的宽度对脉冲扩展的影响17结论19工具书：20谢谢211.引言本课题研究的意义在使用光纤的数字光纤通信系统中，直接半导体激光器发出的光脉冲大部分是带钚的高斯脉冲。脉冲的啁啾除了光

4、源调制外还发生，由于色散和以后讨论的光纤非线性作用，没有啁啾的脉冲也可以牙齿啁啾。本论文主要研究脉冲的啁啾对高斯脉冲传输的影响以及啁啾和色散的共同作用对高斯脉冲传输的影响。光脉冲受光纤中色散扩展的影响，随着波特率(比特率)的提高，色散成为光信号传输质量下降、误码率提高的不可忽视因素。光纤的色散是光纤带宽变窄的主要原因，光纤带宽变窄会限制光纤的传输容量，同时光信号的传输距离也受到限制，对光信号传输非常不利。光纤数字通信传输一系列脉冲代码，由于光纤传输中的脉冲变宽，导致脉冲和脉冲重叠的现象，即代码之间的干扰，导致传输代码的失误，从而产生错误。同时，光纤脉冲的宽度随着传输距离的增加而变得越来越严重。

5、因此，为了避免错误代码，研究光纤传输的脉冲扩展，以提高脉冲在光纤中的传输距离，具有重要意义。1.1国内外研究现状在脉冲线性和非线性传输过程中，为了研究波形、相位、钚等特性，进行了长期的积极探索。对脉冲线性传输的研究在光纤通信等方面仍然占有重要地位，并继续取得高速大容量新成果。例如：2002年，Hideyuki Sotobayashi等使用波分复用超连续频谱光源、CS-RZ码流、分布式管理技术完成了8140 Gbit/s，80 km的线性传输实验，错误率达到10-9。2006年，Takuya oharai等使用超连续频谱生成的1046通道光源(通道间隔6.25 GHz)，完成了在单模光纤中104

6、62.67-Gbit/s，126 km的超密度波分复用传输实验。1990年，Katsumi Iwatsuki等利用1450 nm和1480 nmCW双向拉曼泵，在23 km分布式变位光纤中传输了5 Gb/s、1550 nm孤子脉冲。错误率为210-10。2001年，Okhrimchuk A G等利用1240 nm拉曼泵和24 km单模光纤环进行了10 Gb/s10000 km孤子传输实验。特别是最近几年，世界各国相继提出了光孤子通信的发展计划。项目(Starproject)(如STAR PROJECT)的目标是使用孤子技术构建全球距离的Tb/s电网，以满足快速增长的多媒体、数据等业务需求。通过

7、对现有通信网进行下一代网络基础设施改造，升级美国麻省理工学院林肯正在实验室超高速孤子多访问网络程序，该程序研究单通道100 Gbit/s TDM多访问网络的网络结构、节点和收发设备等关键技术。由荷兰飞利浦光电研究中心主管的欧洲升级计划的目标是在欧洲网上安装的标准单模光纤中使用光孤子传输，以增加欧洲通信干线上的容量。法国电信(CNET)开发的WDM孤子传输技术的产业化、1 Tb/s、1000 km孤子传输的技术开发计划等最近提出的孤子通信系统ITU-T标准建议等表明，孤子通信系统是下一代光纤通信系统的首选方案。20世纪90年代以来，在国家自然科学基金、国家863计划、相关部门等的支持下，我国许多

8、科学研究所开展了通信理论和实验研究，主要研究了跨度、速度、误差率等的实现。色散补偿、光孤子补偿放大器、孤子传输理论和传输实验取得了很多成果。从1994年到1998年，高氏采用智慧、赫步市、杨相林、条件县等半导体广告雅源，利用铒光纤放大器扩大孤子脉冲后，在分布式变位光纤中进行了远距离传输研究1998年，条件群等在其他色散光纤的光纤链中进行了孤子传输。2001年，张晓光等赵文化等研究了拉曼放大作用下的孤子脉冲传输等。牙齿中，1994年早文化等计算模拟了色散缓变光纤中利用拉曼泵脉冲产生拉曼孤子脉冲的情况。1997年李红等数值研究表明，利用调制拉曼泵脉冲控制暗孤子的传输，调制拉曼泵进行传输控制，不仅有

9、效抑制了暗孤子的时间抖动，还显着减少了暗孤子之间的相互作用。2005年，深芯肌等研究发现，光子晶体光纤的各线缺陷中混合了拉曼增益介质，可以在光子晶体光纤中放大孤子脉冲。自动杨、刘松浩、方少峰、杨相林、黄庆宁等著作或翻译，对我国光孤子理论和实验研究做出了巨大贡献。国内光孤子研究的技术基础相对薄弱，面临的技术难度高，研究经费不足等原因导致了90年代以后的研究工作缓慢，与国外研究的差距很大。现在南京市邮政学院、北京市邮政大学、聊城大学等部队仍然坚持研究。1.2高速光纤通信的分布式赔偿技术为了扩大光纤线路中继距离，在最小化现有分布的同时，考虑了插入损耗合理的技术措施，包括专用补偿光纤和光学部件、输入部

10、的光信号设计。输出端的光信号足以保证跨距、速度、错误率等系统性能。将G.652光纤线路移动到1550nm窗口和非0牙齿分布式光纤线路需要分布式校正。在我国，以前的更现实，更需要。在分布式补偿光纤技术中，用分布式补偿光纤(DCF=分配补偿光纤)制作的圆插入光纤电路，另一种技术方法是使用分布式管理光纤，即分布式管理光纤(DMF)。牙齿光纤具有正负色散段，如线路光纤扩展，不会造成不必要的光损失，如DCF环。还有一些技术方法，如预处理器(Prechirp)和双模光纤赔偿和频谱反转。Prechirp类似于电路预失真(Prechirp)，是传送输入光脉冲的钚和线路光纤色散所产生的互补。双模光纤方法利用高维

11、模型在截止波长附近生成大的波分布(包含负号)，被线路光纤中具有正号的单个分布抵消。必须指出，对光胡子通信*中使用的分布式校正，需要另外考虑。现有的色散补偿主要采用色散补偿光纤、光纤光栅、分布式支持传输、频谱反转、正负分布式变位光纤交换传输等技术。分布式赔偿光纤(DCF)技术相对成熟、简单、适用于远距离补偿，具有可控制的分布式赔偿、强大的升级潜力、足够的带宽、与WDM兼容、性能稳定性等优点，因此使用DCF进行分布式补偿具有显着的优点，并得到广泛应用。2.理论模型与分析输入脉冲宽度大于5 PS时描述单模光纤传输模型的非线性薛定谔方程1，2(1)A (z，T)是脉冲包络光场的慢变振幅，T是与脉冲一起

12、移动到组速度VG的参考系统的时间测量T=t-，=1/VG，z是脉冲沿光纤传输的距离，二次色散(线性色散)系数(PS2/单位方程式(1)右侧的三个茄子项目表示光脉冲在光纤中传输时的吸收效果、色散效果和非线性效果。规格化振幅：定义U=(2)P 0是入射脉冲的初始峰值功率，方程式(1)牙齿为：(3)不考虑非线性效果(即=0)，方程式(3)牙齿为：(4)表达式(4)可以使用1偏微分方程、傅立叶变换轻松地求解。U(z，)的傅里叶变换：U(z，T)=(5)(6)傅立叶变换引起的对应关系：U(z，T) U到(z，)(7)此操作会将(4)样式转换为常微分方程：(8)解决方案偏微分方程(7)样式获得：(9)式(

13、9)表明，暂时不考虑损耗，组速度分布改变光脉冲的每个频谱元件的相位，其变化量取决于频率！而且距离Z，虽然这种变化不会影响光脉冲的频谱！但是可以改变光的脉冲形状。把方程(9)通过导入式(5)得方程(4)解到：(10)表达式是入射广场等于z=0的傅立叶变换。(11)3.啁啾和色散引起脉冲扩展的理论分析和模拟3.1高斯脉冲在光纤中传输的相关概念确定啁啾、正常色散区、非正常色散区的概念在使用光纤的数字光纤通信系统中，直接半导体激光器发出的光脉冲大部分是带钚的高斯脉冲。所谓的鸣笛是指脉冲的频率(光州波数)随着时间的变化而变化。高斯分布表示脉冲的包络形状。牙齿入射光场脉冲的归一化振幅可以表示如下。表达式中

14、，T=t-Z/Vg是移动到组速度Vg的参考系统的时间测量，Z是传播的厨房方向。To是脉冲幅度1/e时的初始半宽。c是脉冲的初始钚参数，C0是脉冲从前到后线性增加，称为上或正。C0点，正相反，上下或负地。如果C=0，则脉冲没有啁啾。脉冲的啁啾除了光源调制外还发生，由于色散和以后讨论的光纤非线性作用，没有啁啾的脉冲也可以牙齿啁啾。高斯脉冲在单模光纤中传播时，其脉宽由色散扩大，To到Tz扩大，以及可以发现。没有原始啁啾的高斯脉冲沿光纤传输时，色散将牙齿啁啾。而且瞬时频率随着时间的推移而减少，所以是负的钚。鸣叫的出现下一步加剧了分散的影响。这是脉冲在0的异常扩散区域中传递的情况。同样，当脉冲在0的正常色散区域中传输时，由色散产生的啁啾是绵羊的啁啾。光脉冲啁啾对3.2高斯脉冲传输影响的研究3.21光纤传输时初始啁啾脉冲的扩展系数下面分析了具有早期钚的高斯脉冲通过单模光纤时的情况。进入光纤之前的脉冲是带啁啾的高斯脉冲(下面的C是啁啾系数):(12)(12)表达式赋值(11)表达式积分为：(用于积分)(11)=(13)(13)将样式作为(10)样式导入到：=(14)(14)表达式是光纤方向上任意点的高斯脉冲的振幅。如果忽略光纤的吸收，常识将牙齿为：(15)我们注意到(15)表达式是