高速光孤子通信系統(tǒng)中的色散管理研究.pdf

1、光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。它以其信息容量大，傳輸速率高，中繼距離長(zhǎng)，抗干擾性好等特點(diǎn)在近30年得以迅猛的發(fā)展。但是光纖色散致脈沖展寬成為光纖通信技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的障礙，因此色散補(bǔ)償技術(shù)成為光纖通信研究的熱點(diǎn)問題。光孤子作為一種特殊的波包，在傳輸過程中能保持速度、脈沖形狀和幅度維持不變。將孤子的這種特點(diǎn)應(yīng)用在光纖通信中，經(jīng)過30多年的理論和實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)逐漸建立起光纖孤子的概念和理論。并且隨著認(rèn)識(shí)的不斷深入和

2、新技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)光纖孤子的技術(shù)還在不斷地進(jìn)步。研究過程中發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的通信環(huán)境中有許多的障礙阻止孤子通信的實(shí)用化進(jìn)程。90年代中期出現(xiàn)的色散管理孤子是對(duì)傳統(tǒng)孤子的一個(gè)改進(jìn)方案，具有實(shí)用前景，成為光纖通信技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。 本文對(duì)色散管理孤子的基本概念作了詳細(xì)的闡述，對(duì)色散管理方法在孤子通信中的應(yīng)用進(jìn)行了研究；針對(duì)實(shí)際通信環(huán)境中孤子通信的技術(shù)性障礙，通過色散管理方法的控制作用作一一分析。首先闡述了光孤子研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，在此基

3、礎(chǔ)上討論了孤子通信的商用化問題。對(duì)普通光脈沖在光纖中的傳輸進(jìn)行了詳細(xì)的回顧，其中包括光纖損耗、光纖色散和非線性現(xiàn)象對(duì)光脈沖的具體影響。研究表明：色散對(duì)脈沖的影響主要表現(xiàn)在脈沖寬度的展寬，非線性主要引起脈沖頻譜的展寬和自抖現(xiàn)象等。分析了高階色散、高階非線性、孤子互作用以及摻鉺光纖放大器(EDFA)對(duì)孤子通信帶來的影響。高階色散引起色散波和單邊振蕩，產(chǎn)生誤碼。高階非線性如拉曼效應(yīng)引起孤子自頻移。OTDM中的孤子互作用主要表現(xiàn)在相鄰孤子發(fā)生碰

4、撞，脈沖位置和幅度發(fā)生了改變。EDFA引入自發(fā)輻射(ASE)噪聲，最終產(chǎn)生時(shí)間抖動(dòng)等等。以上都表明必須將控制方法引入到孤子通信的實(shí)際應(yīng)用中。通過分步傅里葉方法解非線性薛定諤方程得到光脈沖傳輸后的數(shù)值解；結(jié)合變分法直接得到脈沖幅度、中心位置、頻率的演化方程，本文證明色散管理方法能夠更好的控制孤子脈沖在實(shí)際通信環(huán)境中的行為，緩解了孤子互作用的不利影響；通過與普通孤子通信性能比較，本文證明色散管理方法對(duì)高階色散也有很好的抑制作用。借助光通信仿

5、真工具Optisystem對(duì)色散管理配置圖形進(jìn)行了詳細(xì)的分析和仿真，結(jié)果表明在對(duì)稱色散管理配置圖形的情況下，脈沖形狀維持最好，眼圖最清晰。本文還重點(diǎn)對(duì)色散管理的三種經(jīng)典色散補(bǔ)償模式進(jìn)行了討論，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型的色散管理鏈路圖形。計(jì)算結(jié)果證明在高速、長(zhǎng)途通信中此種色散管理鏈路圖形能夠得到很好的效果，信號(hào)傳輸約4000km后，仍然保持很好的脈沖形狀和清晰的眼圖。文章最后從工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，歸納總結(jié)了色散管理孤子通信系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)步