非均匀光纤中暗孤子传输特性

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.9(2015)090504非均匀光纤中暗孤子传输特性研究潘楠1)黄平1)黄龙刚1)雷鸣1)刘文军1)2)y1)(北京邮电大学理学院,信息光子学与光通信国家重点实验室,北京100876)2)(中国科学院物理研究所,北京凝聚态国家实验室,北京100190)(2014年11月12日收到;2014年12月15日收到修改稿)由于变系数非线性Schrödinger方程的增益、色散和非线性项都是变化的,根据方程这一特点可以研究光脉冲在非均匀光纤中的传输特性.本文利用Hi

2、rota方法,得到非线性Schrödinger方程的解析暗孤子解.然后根据暗孤子解对暗孤子的传输特性进行讨论,并且分析各个物理参量对暗孤子传输的影响.经研究发现,通过调节光纤的损耗、色散和非线性效应都能有效的控制暗孤子的传输,从而提高非均匀光纤中的光脉冲传输质量.此外,本文还得到了所求解方程的解析双暗孤子解,最后对两个暗孤子相互作用进行了探讨.本文得到的结论有利于研究非均匀光纤中的孤子控制技术.关键词:暗孤子,非均匀光纤,孤子控制,非线性Schrödinger方程PACS:05.45.Yv,42.65.Tg,4

3、2.65.Wi,42.65.ReDOI:10.7498/aps.64.090504效应是影响孤子传输的主要因素[12;13].增益、色1引言散和非线性效应会引起孤子的脉冲展宽和啁啾的产生,从而导致孤子传输不稳定[14].因而有必要1973年,Hasegawa等在理论上首次提出了能讨论损耗、色散和非线性效应对孤子传输的影响,够利用光纤非线性平衡光纤色散,并在光纤中实现进而通过调整相关效应达到控制光孤子传输的效了孤子的稳定传输,从而开辟了光纤孤子通信这一果[1523].通常情况下,当光脉冲宽度大于5ps时,新领域

4、[1].1980年,Mollenauer等在实验上验证了可以用NLS方程描述光脉冲在光纤中的传输特性.光孤子通信的可能性.光孤子在介质中的传输可以但是当光脉冲宽度小于5ps时,一般用高阶NLS方用非线性Schrödinger(NLS)方程进行描述,并在光程对光脉冲的传输特性进行描述.通信、非线性光学、等离子体物理[2]、光子晶体[3;4]本文主要研究皮秒光脉冲在非均匀光纤中的和Bose-Einstein凝聚[57]等研究领域中有广泛应传输特性.在非均匀光纤的正常色散区中,该光用.通常情况下,光纤中的反常色散区

5、存在亮孤子,脉冲的传输特性可以用如下变系数NLS方程来正常色散区存在暗孤子.由于在损耗和背景噪声的描述[24]:影响下,暗孤子比亮孤子具有更高的稳定性和自我@uD(z)@2u2恢复性[8;9],同时具有展宽慢、受各种扰动(如拉曼i2+i(z)juju=g(z)u;(1)@z2@自频移)的影响更小的优点[10;11],所以暗孤子被认其中u(z;)表示电场的慢变包络,z表示孤子沿光为是更好的光纤通信的传输载体.暗孤子的这些优纤方向的传输距离,表示坐标系中的归一化时间.点,使得其在超长距离光纤通信的未来通信

6、中存在D(z)代表群速度色散(groupvelocitydispersion,很多潜在的应用价值.GVD)参数,(z)表示Kerr非线性参数,g(z)表示孤子在光纤传输过程中,增益、色散和非线性光纤增益系数.国家自然科学基金(批准号:61205064)资助的课题.†通信作者.E-mail:jungliu@bupt.edu.cn©2015中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn090504-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.

7、9(2015)090504方程(1)能够用来实现光孤子的调控[2427],其中,是任意复参数,=ia(z)+ib,#=并在文献中提出了光孤子调控的方法.在本文中,k(z)+w+(a(z)和k(z)待求),b,w,,m和我们将利用Hirota方法,得到方程(1)的解析暗孤n是任意实数.把h(z;)和f(z;)代入方程(3)和子解.通过分析暗孤子的传输特性,讨论光纤的增(4),经过计算,我们可以得到益、色散和非线性效应对暗孤子传输的影响.我们∫1{a(z)=b2D(z)将借鉴色散管理的思想,得到

8、较为丰富的光孤子2传输.}2i[g(z)+i(z)]dz;∫2方程(1)的双线性形式k(z)=bwD(z)dz;w2D(z)通过引入因变量变换[2832](z)=;n=m;4h(z;)u(z;)=;(2)hn(z;)=0;fn(z;)=0(n=2;3;4;


);f(z;)其中h(z;)是复函数,f(z;)是实函数,通过计算,其中,是的复