偏振模色散对光孤子传输系统影响的数值研究

论文摘要

光孤子传输系统在高速长距离传输中有巨大的潜力,使用高速率的光孤子传输很有可能提高已有的光纤网络性能。光孤子通信系统最明显的优点就是其巨大的通信容量。其传输容量比当今最好的通信系统高出1-2个数量级,中继距离可达几百公里。与此同时,偏振模色散（PMD）对光纤通信容量的限制越来越明显,并且成为限制高速率传输系统中的一个重要因素。光孤子被认为在一定程度上具有抵制偏振模色散效应的能力,它能够抑制脉冲的分裂和过度展宽。本论文从考虑偏振模色散的光孤子的非线性薛定谔方程角度出发,采用分步傅立叶方法对非线性耦合薛定谔方程进行求解。研究了偏振模色散效应对于光孤子传输系统的影响。首先在单个孤子脉冲的情况下,讨论了光孤子的自俘获效应对于偏振模色散的自适应能力,进而考虑更有意义的脉冲序列的情况,分析了因PMD引起的两个光孤子之间的相互作用以及能量损失而带来的系统损耗的问题。数值研究的结果表明,对于单个孤子脉冲在不考虑其传输损耗的情况下,随着偏振模色散的增大,光孤子脉冲出现了明显的畸变,发生中心频率漂移和脉冲展宽现象。偏振模色散对光孤子的阈值也有一定的影响,偏振模色散较大时光孤子的阈值会有所增加,光孤子在传输过程中有明显的自俘获效应,可以实现其稳定传输。由于偏振模色散的随机性,所以偏振角几乎不影响光孤子的自俘获。对于脉冲序列的情况,考虑到两光孤子间适当的初始相位及振幅（正交的初始相位且振幅不同）,其相互作用几乎完全被抑制,形成了一种准等距束缚态。此时,偏振模色散对光孤子对的影响仅仅是带来较强的辐射波和明显的塌陷变形。这种辐射波会引起光孤子传输系统的附加损耗。对于实际的光纤通信系统来说使用偏分复用（PDM）技术,并保持孤子问振幅的不同,将会使得光孤子的传输系统有较好的特性。

论文目录

• 第一章绪论
• 1-1光孤子通信的研究进展
• 1-1-1孤子的发现及光孤子通信
• 1-1-2国内外光孤子通信的进展
• 1-1-3光孤子通信面临的挑战与问题
• 1-2偏振模色散及其对光孤子传输系统的影响
• 1-2-1偏振模色散
• 1-2-2偏振模色散的研究进展
• 1-2-3偏振模色散与光孤子传输系统
• 1-3本论文的主要工作
• 1-3-1光孤子传输方程的数值分析
• 1-3-2偏振模色散对于脉冲孤子的影响
• 1-3-3偏振模色散对于孤子脉冲序列的影响
• 第二章光孤子传输及偏振模色散的基本理论
• 2-1光孤子通信的基本概念
• 2-1-1光孤子通信的基本概念
• 2-1-2光孤子的产生
• 2-2调制的不稳定性
• 2-2-1连续波在光纤中的传输
• 2-2-2超短脉冲的产生
• 2-2-3调制不稳定性对光通信系统的影响
• 2-3光孤子的分类
• 2-3-1基态光孤子
• 2-3-2高阶光孤子
• 2-4光孤子的稳定性
• 2-5其他类型的光孤子
• 2-5-1暗孤子
• 2-5-2色散管理孤子
• 2-6光纤中的双折射效应
• 2-6-1双折射的描述方法
• 2-6-2差分群时延
• 2-7偏振态的描述方法
• 2-7-1琼斯矢量法
• 2-7-2庞加莱球法
• 2-8偏振模色散的定义
• 2-8-1主偏振态的概念
• 2-8-2偏振模色散的统计特性
• 第三章偏振模色散对光孤子传输系统的影响
• 3-1光纤中的光脉冲传输
• 3-1-1光纤中的麦克斯韦方程组
• 3-1-2光脉冲传输的波动方程
• 3-2光孤子的传输方程
• 3-2-1光孤子慢变包络函数的推导
• 3-2-2光场的慢变包络函数求解
• 3-2-3光孤子的基本传输方程
• 3-3分步傅立叶方法对于一阶光孤子的求解
• 3-3-1逆散射法求解薛定谔方程
• 3-3-2分步傅立叶算法求解薛定谔方程
• 3-3-3分步傅立叶方法求解一阶光孤子
• 3-4分步傅立叶方法对于含有PMD的光孤子的求解
• 3-4-1含PMD的光孤子耦合方程
• 3-4-2偏振分量的群速度失配对光孤子传输的影响
• 3-4-3偏振模色散对光孤子自俘获阈值的影响
• 3-4-4偏振角对光孤子自俘获现象的影响
• 3-5分步傅立叶方法对于含有PMD的光孤子对的求解
• 3-5-1光孤子间相互作用
• 3-5-2偏振模色散对光孤子对的影响
• 第四章结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的相关科研成果