三阶色散对光纤中基孤子脉冲传输的影响

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1、2010年第1期光通信研究2010.02(总第157期)STUDYONOPTICALCOMMUNICATIONS(Sum.No.157)光纤光缆技术与应用三阶色散对光纤中基孤子脉冲传输的影响林传亿,余向阳(中山大学光电材料与技术国家重点实验室,广东广州510275)摘要:通过数值求解非线性薛定谔方程,研究了三阶色散效应对基孤子脉冲在单模光纤中传输的影响。结果表明,在三阶色散作用下,基孤子脉冲在传输过程中被展宽,峰值能量逐渐减小,脉冲形状发生畸变,脉冲的中心偏向一侧,并形成非对称的拖尾振荡结构;当与二阶色散共同作用时,三阶色散引起的脉冲振荡会变缓。考虑非线性效应后,在一定程度上补偿

2、了由于色散效应导致的峰值功率的减小,同时抑制了非对称拖尾结构的产生。关键词:光纤光学;基孤子脉冲;三阶色散;非线性效应中图分类号:TN818文献标识码:A文章编号:100528788(2010)0120035204Influenceofthird2orderdispersiononfundamentalopticalsolitonpropagationinopticalfibersLinChuanyi,YuXiangyang(StateKeyLaboratoryofOptoelectronicMaterialsandTechnologies,SunYat2SenUniversit

3、y,Guangzhou510275,China)Abstract:Theinfluenceofthird2orderdispersiononfundamentalopticalsolitonpropagationinmonomodefibersisstudiedbythenumericalsolutionofthenonlinearSchrodingerequation.Theresultsshowthatduetotheeffectofthird2orderdispersion,thefundamentalsolitonpulsesarebroadenedinthepropag

4、ation,thepeakenergygraduallydecreased,thepulseshapedistort2ed,thecenterofthepulsesshiftedsidewardandanunsymmetricaltrailingoscillatorystructureformed.Withtheadditionaleffectofsecondorderdispersion,theresultedpulseoscillationwillbemitigated.Inconsiderationofthenonlineareffect,thepeakpowerdecli

5、nearisingfromthedispersioneffectsistoacertainextentcompensatedandthegenerationofunsymmetricaltrailingisinhibited.Keywords:fiberoptics;fundamentalsolitonpulse;third2orderdispersion;nonlineareffect[1]现代光纤通信系统中光放大器的应用使衰减已用如下扩展非线性薛定谔方程来描述:23不是限制单模光纤传输的主要因素,色散受限距离5Aαi5A15A=-A-β22+β33+已经取代了功率受限距离[1

6、]。当入射光脉冲的波长5z225T65T24在光纤的零色散波长附近时,就需考虑三阶色散效γi1A

7、A

8、+γi2A

9、A

10、,(1)应。另外,在光孤子通信中,孤子脉冲通常是皮秒量式中,A为光脉冲的慢变振幅包络;z为沿光纤传播级甚至飞秒量级的基孤子脉冲,因而也需考虑三阶的距离;T=t-β1z,β1=1/νg,νg为群速率;β1、β2和β3分别为光纤的一阶、二阶和三阶色散常数(其中β2色散效应。由于光孤子的形成通常伴随着较大的非线性效应,因而非线性效应甚至高阶非线性效应都又称群速度色散);α为吸收系数,称为光纤损耗;[2]γ1=n2ω0/(cAeff)和γ2=n4ω0/(cAeff)分别为

11、三、需加以考虑。光脉冲在光纤中传播时,三阶色散12使其形状发生畸变,其前沿或后沿附近会形成非对五阶非线性系数;ω0为光脉冲的载波中心频率;n2[3～5]和n4分别为三阶和五阶非线性折射率;Aeff和Aeff称的振荡结构。本文详细研究了三阶色散对基12孤子脉冲在光纤传输中的影响,进一步考虑了存在分别为三阶和五阶非线性下的有效纤芯截面。二阶色散和三阶、五阶非线性效应时的三阶色散效为了便于处理与比较,通常需把式(1)变换成无应。这有助于深入理解不同的参量下三阶色散对基量纲的方程。设初始