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(shì)，更適用于深海通信。如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離大容量的信息傳輸正是目前深海通信、深海探測(cè)等領(lǐng)域急需解決問(wèn)題。本論文設(shè)計(jì)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(zhǎng)距離、超大容量新型通信系統(tǒng)提供理論支撐，以滿足未來(lái)深海探測(cè)、深海通信系統(tǒng)的升級(jí)、換代的需求。 論文綜述了海洋的各種通信方式，包括無(wú)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(lái)適用于深海探測(cè)、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(jì)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(gè)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(duì)系統(tǒng)的影響；利用分步傅立葉方法數(shù)值計(jì)算了廣義耦合非線性薛定諤方程，計(jì)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(duì)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(jì)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(guò)啁啾演變揭示了孤子傳輸時(shí)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(yǔ)言，編寫(xiě)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(duì)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(jì)光子晶體光纖中孤子通信系統(tǒng)的有價(jià)值的數(shù)值解法。計(jì)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(duì)孤子傳輸?shù)挠绊?；模擬了各種效應(yīng)同時(shí)作用孤子的真實(shí)傳輸狀態(tài)。并且，通過(guò)對(duì)光子晶體光纖中孤子脈沖傳輸?shù)臄?shù)值計(jì)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(jì)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(duì)系統(tǒng)傳輸性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。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(duì)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(duì)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(jí)的初始孤子脈沖可實(shí)