单模光纤中光孤子传输特性的模拟研究文献综述

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1、浙江工业大学理学院毕业论文（设计）文献综述学生姓名：张志杰学号：专业：设计（论文）题目：单模光纤中光孤子传输特性模拟研究指导教师：张夕飞2014年3月10日1.引言1966年英籍平人高锟（K.C.Kao）博士和与同事何兑汉（G.A.Hockham）联合发表丫一篇划时代的论文《光频率介质纤维表而波导》［1］,在此论文屮他们提出利用带柯包层材料的石英玻璃光学纤维作为通信介质的可能性。从此，光纤具奋的界景人、中继距离长、重景轻、抗千扰能力强等诸多优点逐少被人类认识和利用，光纤通信得以长足发展。而高锟木人也为此获得诸多殊采，被誉为“光纤通讯之父”，

2、并干2009年获得诺W尔物理学奖。如今，光纤通信已成为现代通信网的葙本组成部分，它的演变和发展至今已经经历了四代。它们分别是0.85微米和1.3微米波段的多模光纤的通信系统，1.3微米波段的单模光纤通信系统，1.55微米波段的单模光纤通信系统，和采川光放人器來增加屮继距离和采川波分复川技术來提商传输速率的单模光纤通信系统［2］。迅速发展的互联网、Ik务迫使光纤通信系统的传输速率不断提高，似山于放大器带宽的限制，要进一步加大WDNPP信道数比较困难，这就急需将单信道码速率提高到lOOGbit/s以至更高的码速率。对于WOGbit/s系统来说，

3、由于码间距极小，光纤中色散及非线性效应带来的影响很大。可见，现有的光纤通信系统的已经逐渐不能满足人们对带宽和速率的要求，而俺用光孤了•通信技术的第五代光纤通信系统则足众望所归［3］［4］。2.光孤子的形成机理在光纤通信中，损耗和色散是限制传输距离和传输容量的主要原因。损耗使光脉冲在传输吋峰值功率不断减低，而色散则使光脉冲在传输屮逐渐展宽，这两者都会影响通信系统的性能。由于现代光纤制造技木已经使得光纤的损耗降低到接近理论的极限值，色散问题就成为实现超长距离和超大容量光纤通信的主耍问题。另一方面，密集波分复川（DWDM）技术己成功地应川于光纤通

4、信系统，并且极人地增加了光纤中可传输信息的容量和传输速率。似随卷波分复川信道数的增加，光纤中功率密度也大幅增加。在低光功率下，纤芯的折射率可认为是常数。这时候的光纤通信是线性的。但在光功率密度很大的情况下，光纤折射率成为光强的函数。虽然这种与光强相关的非线性折射率非常小，但对光信号在光纤屮传播过程的影响却很明显，使得光信号的相位产生调制，引起自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）及四波混频（FWM）等效应I5j。光纤的这些非线性效应在光的强度变化时使频率发生变化，从而使传播速度变化。如果不对这些非线性效应进行抑制或者加以利用，光纤通信

5、系统的性能就会受到限制。与光纤色散使光脉冲展宽相反，光纤中的自相位调制效应会使光脉冲产生压缩。在光纤的反常色散区，自相位调制使光脉冲P沿的频率变商、传播速度变快；而使前沿的频率变低、传播速度变慢。这就造成脉冲P沿比前沿运动快，从而使脉冲受到压缩变窄。如果冇办法使光脉冲变宽和变窄这两种效应好互相抵消，光脉冲就会像一个个孤立的粒子那样形成光孤子，能在光纤传输中保持形状不变，从而实现超长距离的光孤子通信。光孤子脉冲很窄，因而即使相邻光孤子间隔很小也不至于发生脉冲重脅或者干扰。正因为如此，利用光孤子进行通信，其传输矜暈极人、码速极高［6b1.光孤子

6、通信技术按文献［3］光孤子通信系统基本组成如下图所示。图1.光孤子通信系统基本组成由图所示光孤子源产生的光孤子流作为信息载体，利川光调制器将发送的信怠调制到光孤孑流。被调制的光孤了•流经掺铒光纤放大器（EDFA）和光隔离器后进入光纤进行传输。为了补偿光脉冲在传输过程屮的能撒损失，维持非线性效应，以平衡色散效应，在光纤传输线路上耑要周期地插入EDFA,以保证脉冲的幅度和形状稳定不变。在接收端，通过光孤子解调器和其它辅助装置将信号还原。在实际应用当屮，相邻孤子之间的ffl互作用、放大器的噪声以及光纤的衰减等因素都会影响光孤了的传输特性，限制光孤

7、了的实际应用。为解决这些问题，由此涉及到的技术主要冇［7］:1，适合光孤了传输的光纤技术。这方而的技术极该包括两个方面，一是如何利用现柯光纤进行光孤子传输，二是研发适合光孤子传输的新型光纤。研究特定光纤参数条件卜"光孤子传输的有效距离，山此确定能量补充的中继距离，这样的研究不促为光孤子通信系统的设计提供数裾，而且通常导致新型光纤的产生。2,光孤了源技术。孤了源技术是超高速光孤了通信的关键。要想光孤了在光纤中稳定地传输,光孤了•源输ill的光脉冲包络须为严格的双曲正割形，且振幅满足一定条件。但R前的光孤了通信试验系统大多采用体积小、重S频率高

8、的增益开关DFB半导体激光器或锁模半导体激光器作光孤了源。它们的输出光脉冲是高斯形的，且功率较小，但经光纤放大器放大后，可获得足以形成光孤了传输的峰值功率。高斯光脉冲在色散光纤中