啁啾脈沖在光纖通信系統(tǒng)中的傳輸特性研究.pdf

1、鑒于實驗條件等因素的限制，以往的脈沖傳輸與測量實驗大多采用自相關(guān)技術(shù)等測量脈沖時域特性，不能準(zhǔn)確得到脈沖的時域波形等特性。又考慮到脈沖通常具有較大的頻率啁啾且可以通過預(yù)啁啾技術(shù)等調(diào)節(jié)啁啾，利用能夠準(zhǔn)確測量脈沖時域波形等特性的二次諧波頻率分辨光學(xué)門(SHG-FROG)技術(shù)實驗研究了啁啾脈沖在光纖通信系統(tǒng)中的線性和非線性傳輸特性，并對脈沖傳輸作了深入系統(tǒng)的理論研究，為光纖通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵光電子器件設(shè)計和優(yōu)化提供了重要的理論和實驗依據(jù)。

2、>　　 利用SHG-FROG技術(shù)對10 GHz短脈沖線性傳輸進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果表明，激光器輸出的短脈沖是具有負(fù)線性啁啾的近變換極限高斯脈沖，經(jīng)過12.7 km色散平坦光纖線性傳輸后仍然為具有負(fù)線性啁啾的高斯脈沖，其譜寬在傳輸過程中基本保持不變，脈寬展寬了3.1倍，啁啾增大了4倍。實驗結(jié)果、數(shù)值計算結(jié)果和理論預(yù)期一致。在此基礎(chǔ)上，采用分步傅里葉方法數(shù)值研究了初始啁啾雙曲正割脈沖和啁啾雙邊指數(shù)脈沖的線性傳輸特性，給出了雙曲正割脈沖和指數(shù)

3、脈沖頻譜寬度和時間帶寬積隨頻率啁啾變化的表達(dá)式，提供了判斷脈沖時域波形的一種有效方法。結(jié)果表明，負(fù)線性啁啾對兩種脈沖時域展寬的影響比正啁啾要大得多。非線性啁啾對雙曲正割脈沖和指數(shù)脈沖線性傳輸時域波形變化的影響比線性啁啾更大，非線性啁啾時兩脈沖在線性傳輸過程中都出現(xiàn)時域波形分裂現(xiàn)象，比具有相同啁啾的高斯脈沖時域波形分裂都嚴(yán)重。
　　 利用SHG-FROG技術(shù)實驗研究了10 GHz脈沖演化形成光孤子的規(guī)律和特點，并采用分步傅里葉方法

4、數(shù)值研究了啁啾孤子脈沖的形成和傳輸，數(shù)值結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)一致。在此基礎(chǔ)上，采用分步傅里葉方法，數(shù)值研究了啁啾雙邊指數(shù)脈沖的非線性傳輸特性。結(jié)果表明，脈沖振幅A越大，啁啾參量|C|越小，指數(shù)脈沖演化成光孤子所需的的距離越短。在相同傳輸距離情況下，指數(shù)脈沖演化成光孤子所需的最小振幅A比啁啾雙曲正割脈沖的大。
　　 采用分步傅里葉方法數(shù)值研究了線性頻率啁啾對高斯光脈沖在凸形色散分布平坦光纖中產(chǎn)生超連續(xù)譜的影響，并與啁啾雙曲正割脈沖產(chǎn)生超

5、連續(xù)譜的情況進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，無啁啾高斯光脈沖的超連續(xù)譜達(dá)到200 nm以上，其特性優(yōu)于雙曲正割脈沖超連續(xù)譜特性。獲得最佳超連續(xù)譜所需光纖長度隨啁啾參量C增加而縮短。負(fù)啁啾時的超連續(xù)譜特性劣于正啁啾時的特性，兩種情況下的超連續(xù)譜特性均劣于無啁啾時的超連續(xù)譜特性，超連續(xù)譜特性的劣化程度隨啁啾參量|C|的增加而增大。
　　 采用分步傅里葉方法數(shù)值研究了初始線性頻率啁啾對雙折射光纖中正交偏振孤子間碰撞特性的影響。研究表明，初始啁啾

6、改變了光孤子在雙折射光纖中形成束縛態(tài)的閾值，正啁啾對光孤子束縛態(tài)閾值的影響比負(fù)啁啾明顯。
　　 修正了拉曼放大作用下的孤子脈沖傳輸方程，利用SHG-FROG技術(shù)實驗研究了拉曼放大對光孤子傳輸特性的影響，實驗數(shù)據(jù)與采用分步傅里葉方法數(shù)值研究結(jié)果一致。拉曼放大能夠壓縮孤子脈沖、補償光纖損耗，但不改變孤子脈沖的時域波形。在傳輸光纖長度小于拉曼放大有效光纖長度情況下，拉曼放大能夠完全補償光纖損耗；在傳輸光纖長度大于拉曼放大有效光纖長度情

7、況下，拉曼放大能夠部分補償光纖損耗。拉曼放大對孤子脈沖的壓縮和對光纖損耗的補償能力與泵浦激光器特性有關(guān)，隨實驗中泵浦功率的增加而增大。光孤子脈沖對拉曼放大泵浦光偏振特性不敏感，與光孤子在光纖中保持均一偏振態(tài)的理論一致。
　　 由SHG-FROG技術(shù)原理導(dǎo)出了超高斯脈沖的自相關(guān)特性公式，數(shù)值研究了超高斯脈沖的自相關(guān)特性及其受銳度參量m、啁啾參量C、脈沖噪聲和隨機噪聲影響的變化規(guī)律，并與原脈沖相應(yīng)參量作了比較，給出了一個有效濾除隨機