高速长途光纤通信系统中光纤非线性、高阶色散和偏振模色散的研究

论文摘要

展望未来的光纤通信系统,其发展重点在于实现超高速及超长距离的无中继传输。限制信号在光纤中高速率长距离传输的主要因素有光纤损耗、光纤非线性效应和色散。低损耗光纤和掺铒光纤放大器(EDFA)的研制和应用弥补了光纤损耗对光纤中光信号的传输速率和传输距离的限制。非零色散位移光纤(NZDSF)、色散管理技术以及波分复用(WDM)技术的应用也使得光纤群速率色散(GVD)和光纤非线性效应对光信号传输速率和传输距离的限制得到了有效缓解。诸多新技术的应用实现了信号传输速率的提高和传输距离的增加。但是,随着传输速率的进一步提高和传输距离的进一步增加,以往常被忽略的光脉冲的高功率引起的较强的非线性效应、高阶色散以及偏振模色散(PMD)开始严重影响光纤通信系统的系统性能,继而大大限制了光纤通信系统的通信容量。本论文通过理论分析研究了光纤非线性效应、高阶色散和偏振模色散对高速长途光纤通信系统性能的影响,基于非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶方法数值模拟了光脉冲在非线性色散光波系统中的传输,并且通过对仿真结果的对比和总结,得出了在NRZ和RZ编码方案下单信道高速长途光纤通信链路的脉冲峰值功率容限和色散斜率容限。数值仿真结果表明,合理的控制链路中的脉冲峰值功率和色散斜率,对色散斜率进行适当补偿,可以显著改善高速长途光纤通信系统的系统性能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 缩略词索引
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤通信的发展与现状
• 1.2 本文主要研究工作概述
• 参考文献
• 第二章 光纤通信系统
• 2.1 光纤通信的基本问题
• 2.1.1 光纤损耗
• 2.1.2 色散
• 2.1.3 偏振模色散
• 2.1.4 光纤的非线性效应
• 2.2 光脉冲在光纤中的传输
• 2.2.1 波动方程
• 2.2.2 光脉冲传输的基本方程
• 2.3 光纤通信系统的计算机仿真
• 2.3.1 发射系统的数值模型
• 2.3.2 传输系统的数值模型
• 2.3.3 接收系统的数值模型
• 2.3.4 仿真系统性能的评价方法
• 参考文献
• 第三章 光纤非线性效应对高速长途光纤通信系统性能的影响
• 3.1 光纤非线性效应对高速长途光纤通信系统性能的影响
• 3.2 光脉冲能量对系统性能影响的理论分析
• 3.3 高速长途光纤通信链路中光脉冲峰值功率容限
• 3.3.1 仿真链路中的密集色散管理
• 3.3.2 仿真实验主要参数的设计
• 3.3.3 数值仿真结果及分析
• 参考文献
• 第四章 高阶色散对高速长途光纤通信系统性能的影响
• 4.1 高阶色散对高速长途光纤通信系统性能的影响
• 4.2 高阶色散影响下光脉冲在光纤中演变的理论分析
• 4.3 高速长途光纤通信链路中色散斜率容限
• 4.3.1 仿真链路中的密集色散管理
• 4.3.2 仿真实验主要参数的设计
• 4.3.3 数值仿真结果及分析
• 4.4 高阶色散补偿
• 4.4.1 高阶色散补偿
• 4.4.2 色散斜率补偿的仿真实验
• 参考文献
• 第五章 偏振模色散及其对高速长途光纤通信系统性能的影响
• 5.1 偏振模色散的计算
• 5.2 偏振模色散对光纤通信系统性能的影响
• 5.3 偏振模色散补偿
• 参考文献
• 第六章 结束语
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表