光子晶體光纖中40Gbit-s光孤子傳輸系統(tǒng)的數(shù)值研究.pdf

1、由于光子晶體光纖新穎、靈活的特性突破了傳統(tǒng)光纖光學(xué)的局限，大大拓展了光子晶體光纖的應(yīng)用范圍，并為克服傳統(tǒng)光纖發(fā)展中的一些技術(shù)障礙提供了可能的解決途徑。如利用光子晶體光纖可變的色散特性和強(qiáng)非線性效應(yīng)，易實(shí)現(xiàn)孤子傳輸；又如充分發(fā)揮光子晶體光纖的彎曲損耗小、可傳送大功率能量等優(yōu)勢，更適用于深海通信。如何實(shí)現(xiàn)長距離大容量的信息傳輸正是目前深海通信、深海探測等領(lǐng)域急需解決問題。本論文設(shè)計并數(shù)值模擬了光子晶體光纖中40Gbit/s孤子傳輸系統(tǒng)，為實(shí)

2、現(xiàn)超長距離、超大容量新型通信系統(tǒng)提供理論支撐，以滿足未來深海探測、深海通信系統(tǒng)的升級、換代的需求。 論文綜述了海洋的各種通信方式，包括無線聲波通信、電通信、光孤子通信，特別是光子晶體光纖在孤子通信中的應(yīng)用研究進(jìn)展。指出未來適用于深海探測、深海通信的最佳方式之一就是采用新型光子晶體光纖為傳輸媒介、以光孤子為載體的光纖孤子通信系統(tǒng)。利用分步傅立葉方法數(shù)值計算了廣義非線性薛定諤方程，從孤子脈沖傳輸和啁啾演變兩個方面分析了40Gbit/

3、s孤子系統(tǒng)的傳輸性能，及其各種效應(yīng)對系統(tǒng)的影響；利用分步傅立葉方法數(shù)值計算了廣義耦合非線性薛定諤方程，計算了飛秒孤子俘獲現(xiàn)象，分析了光子晶體光纖中偏振復(fù)用孤子系統(tǒng)傳輸?shù)目赡苄?。本論文?chuàng)新性工作如下： 1）基于光與光纖介質(zhì)相互作用機(jī)理，創(chuàng)建了啁啾研究方法。在光子晶體光纖中，從啁啾入手，推導(dǎo)了孤子形成的條件；針對飛秒孤子傳輸，推導(dǎo)了三階色散產(chǎn)生的啁啾；并數(shù)值計算了群速度色散、自相位調(diào)制、三階色散、自陡峭、脈沖內(nèi)拉曼散射等效應(yīng)產(chǎn)生的總

4、啁啾；通過啁啾演變揭示了孤子傳輸時各種效應(yīng)的作用及其相互作用的機(jī)理。并且，推導(dǎo)了偏振復(fù)用孤子系統(tǒng)中交叉相位調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的啁啾，分析了偏振模色散和交叉相位調(diào)制效應(yīng)的相互作用所致啁啾演變的特性，進(jìn)而解釋偏振復(fù)用孤子的傳輸特性。 2)利用分布傅立葉變化法，采用Matlab語言，編寫了光子晶體光纖中單脈沖傳輸、系統(tǒng)中128bit脈沖序列的最大傳輸距離和眼圖、在線同步調(diào)制和滑頻濾波器補(bǔ)償系統(tǒng)的程序。 3)對光子晶體光纖中飛秒孤子傳

5、輸?shù)奶匦赃M(jìn)行研究，獲得了設(shè)計光子晶體光纖中孤子通信系統(tǒng)的有價值的數(shù)值解法。計算了理想孤子的傳輸?shù)臈l件；數(shù)值分析了在傳輸中高階色散效應(yīng)、自陡峭效應(yīng)、脈沖內(nèi)拉曼散射效應(yīng)、初始啁啾對孤子傳輸?shù)挠绊?；模擬了各種效應(yīng)同時作用孤子的真實(shí)傳輸狀態(tài)。并且，通過對光子晶體光纖中孤子脈沖傳輸?shù)臄?shù)值計算，發(fā)現(xiàn)了光子晶體光纖能夠壓縮脈沖，而且可獲得壓縮比較高、底座較小的窄脈沖。 4)數(shù)值計算模擬了光子晶體光纖中40Gbit/s孤子傳輸系統(tǒng)，利用誤碼率和

6、眼圖對系統(tǒng)傳輸性能進(jìn)行了評價。重點(diǎn)分析了系統(tǒng)傳輸最大距離和眼圖在隨偏振模色散的作用、群速度色散作用和脈沖占空比的變化；根據(jù)各種效應(yīng)所致啁啾，為了優(yōu)化系統(tǒng)性能，提出了兩種系統(tǒng)的補(bǔ)償方法，即利用同步調(diào)制和滑頻濾波的方法對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償效果非常明顯。 5)根據(jù)耦合的廣義非線性薛定諤方程，利用分步傅里葉方法，研究了高階非線性和高階色散對孤子俘獲的作用效果及其域值的影響。發(fā)現(xiàn)由于PCF具有較高的模式雙折射度，飛秒量級的初始孤子脈沖可實(shí)