色散管理光孤子传输特性研究

论文摘要

随着光纤通信向超高速、超长距离传输方向的发展,非线性效应成为阻碍其发展的一个主要因素。光孤子克服了非线性效应和群速度色散的影响,在理想光纤中传输时能够保持形状、幅度不变。但是由于光孤子本身存在通信频带使用率低,Gordon-Haus时间抖动,孤子间的相互作用和信道间的相互作用等一系列问题,影响了它在光纤通信中的应用。20世纪90年代中期,色散管理的概念被引入光孤子通信系统中,提出了色散管理孤子的概念,奠定了色散管理光孤子的基础。与普通光孤子传输相比,色散管理孤子在同等条件下可以获得更高的功率,有更高的信噪比,降低了Gordon-Haus时间抖动和四波混频效应,成为近年来的研究热点。本文主要从理论分析和数值模拟方面对色散管理光孤子在光纤中传输的特性进行了研究,做了以下几个方面的工作:1.概述了光孤子通信的研究背景和本论文研究的意义。2.介绍了光在非线性、色散介质中传输的非线性薛定谔方程及其获得孤子解的几种方法;分析了色散管理光孤子与传统光孤子相比所具有的优势,介绍了色散管理系统的原理和几种典型色散管理方法。3.采用分步傅里叶法,并利用数值平均的方法,经过数次平均得到了在色散管理光纤中传输的非线性薛定谔方程的数值孤子解;数值模拟了孤子在色散管理系统中的演化;通过改变色散管理系统色散图的分布参数,讨论了色散分布图类型、平均色散的正（正常色散）负（反常色散）、色散深度的大小对光脉冲传输的影响。4.通过讨论色散管理系统的调制不稳定性,分析了其抗扰动的能力。通过线性稳定性分析的方法,得到色散管理系统中调制不稳定性的增益谱;得出色散管理孤子各阶调制不稳定性的增益曲线,并分析了基阶调制不稳定性起主导作用的条件;讨论了色散图中路径平均色散值和色散波动幅度对基阶MI增益谱的影响。5.采用变分法讨论了放大器自发辐射噪声对色散管理光孤子脉冲参数的影响,主要讨论了脉冲相位方差、中心时间方差和中心频率方差随时间的变化规律,发现密集色散管理孤子系统和平均色散接近于零的色散管理系统更有利于降低放大器噪声对脉冲的扰动。

论文目录

• 图目录
• 表目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光孤子通信的研究背景
• 1.2 本论文研究的意义
• 1.3 本论文的研究内容和章节安排
• 第二章 光孤子和色散管理光孤子
• 2.1 非线性薛定谔方程
• 2.2 非线性薛定谔方程的孤子解
• 2.2.1 数值方法
• 2.2.2 解析方法——逆散射方法
• 2.2.3 半解析方法
• 2.3 含微扰的非线性薛定谔方程的解法
• 2.4 色散管理光孤子
• 2.4.1 色散管理光孤子
• 2.4.2 色散管理的分类
• 2.5 本章小结
• 第三章 色散分布图对色散管理光孤子传输的影响
• 3.1 引言
• 3.2 孤子的数值解
• 3.2.1 数值模型
• 3.2.2 结果分析
• 3.3 光孤子在对称和非对称色散分布的传输特性
• 3.3.1 模拟结果
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 光孤子在平均色散为正和负的色散管理系统中的传输特性
• 3.4.1 模拟结果
• 3.4.2 结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 色散管理孤子系统的调制不稳定性
• 4.1 引言
• 4.2 线性稳定性分析
• 4.3 理论分析
• 4.4 数值模拟结果及分析
• 4.4.1 最大增益频率处色散变化量β和平均色散与增益的变化关系
• 4.4.2 在不同色散变化量β和平均色散时基阶MI增益谱的变化
• 4.5 本章小结
• 第五章 放大器噪声对色散管理光孤子传输的影响
• 5.1 引言
• 5.2 理论分析
• 5.3 结果讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢