利用色散管理和相位共轭抑制光纤通信系统中的克尔效应

论文摘要

非线性克尔（Kerr）效应导致的非线性传输损伤是光纤通信系统面临的主要障碍之一。色散管理和相位共轭（OPC）是两种能有效抑制非线性传输损伤的技术。两者各有利弊又可结合使用。本论文系统分析了这两种技术对非线性损伤的抑制效果,针对采用这两项技术的系统分别提出了快速的设计、优化方法,并对超短脉冲传输后的OPC进行了理论和实验研究。为有效抑制非线性损伤,须对色散管理系统的三个参数:预补偿、每跨段残余色散和净残余色散（NRD）进行优化,其中优化NRD可极大提高受自相位调制（SPM）限制的系统的性能。本论文首次提出了两种解析方法来快速优化受SPM限制系统的NRD量。其中最小化脉宽法还可同时优化上述三个参数。此外还提出可以仅利用两个系统参量:色散与比特率平方的乘积和非线性相移,建立眼开度代价（EOP）的数据库来评估任意单信道色散管理系统的非线性损伤。即使上述三个参数都被优化,色散管理系统仍受到非线性损伤的困扰。而另一种技术——OPC理论上可完全抑制非线性损伤。但通过分析发现,由于实际系统中的功率不对称,OPC在同一个系统中对各种类型的非线性损伤抑制效果差异很大,甚至有可能在某些非线性损伤被抑制的同时其它非线性损伤反而被增强。鉴于此,可结合色散管理和OPC这两种技术来更有效地抑制系统的非线性损伤。基于最小化脉宽法,本论文发展了一种用于设计受SPM限制的OPC系统的解析方法。该方法还可快速评估任意系统中OPC对SPM的抑制效率。本论文还从理论和实验两方面研究了超短脉冲的OPC。利用1km长的高非线性色散位移光纤（HNL-DSF）的四波混频效应,实现了～300飞秒脉冲经过10km单模光纤传输之后的OPC,其转换效率约为-16dB,3dB转换带宽为20nm。利用该相位共轭器,初步探索了超短脉冲20km单模光纤的传输实验。本论文针对实验观察到的在OPC过程中共轭光频谱发生畸变的现象进行了理论分析,发现该畸变源于非线性相位调制,调制量等效于信号经历2.5倍长的HNL-DSF传输时所受的SPM。因此可以利用优化NRD等方法来补偿该畸变。这些研究有助于进一步探索如何将OPC用于宽带、高速率的通信系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状和进展
• 1.2.1 色散管理技术
• 1.2.2 相位共轭技术
• 1.3 论文研究目标及内容
• 第2章 光纤通信系统中的非线性损伤及评估
• 2.1 非线性损伤的分类
• 2.1.1 信道内的非线性损伤
• 2.1.2 信道间的非线性损伤
• 2.2 色散管理系统的非线性损伤的评估
• 2.2.1 非线性损伤的评估方法
• 2.2.2 EOP 数据库的建立示例
• 2.3 小结
• 第3章 受SPM 限制的色散管理系统的两个优化模型
• 3.1 色散管理系统简介
• 3.2 最小化脉宽法
• 3.2.1 优化方法的原理
• 3.2.2 理论推导及色散图的优化
• 3.2.3 讨论
• 3.3 最大化振幅法
• 3.3.1 优化方法的原理
• 3.3.2 最优化净残余色散
• 3.3.3 推广至NRZ 码型
• 3.3.4 讨论
• 3.4 色散管理系统的局限
• 3.5 小结
• 第4章 相位共轭的抑制效果及优化模型
• 4.1 相位共轭系统简介
• 4.2 相位共轭对非线性损伤的抑制效果
• 4.2.1 抑制效果分析
• 4.2.2 相位共轭系统的设计
• 4.3 受SPM 限制的相位共轭系统的优化模型
• 4.3.1 解析模型
• 4.3.2 解析模型的应用
• 4.4 小结
• 第5章 超短脉冲相位共轭的理论和实验研究
• 5.1 实现相位共轭的方案比较
• 5.2 超短脉冲的相位共轭实验
• 5.2.1 超短脉冲相位共轭的实现
• 5.2.2 利用相位共轭器进行的超短脉冲传输初步实验
• 5.3 频谱不对称相位共轭的研究
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 光纤通信系统的数值仿真流程图
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果