超高斯型光脉冲在零色散区传输特性的研究

《超高斯型光脉冲在零色散区传输特性的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第41卷第2期2012年2月光子学报ACTAPHOTONICASINICAVoU1No.2February2012doi：10.3788/gzxb20124102.0133超高斯型光脉冲在零色散区传输特性的研究谢务友■刘山亮(聊城大学物理科学与信息工程学院•山东聊城252059)摘要：根据超短脉冲在光纤中传输所遵从的高阶非线性薛定铐方程，采用分步傅里叶方法模拟了超高斯型超短脉冲在光纤中的传输演化.在塞色散区对损耗、高阶色散、高阶非线性、呱啾等因素对光脉冲传输的彬响进行分析并得出了一些结论：损耗对传输脉冲的形状衫响比较小基本上可以忽略，对脉冲的幅度彩响

2、比较大•一阶孤子传输一段距离后稳定时的幅度和脉宽在传输时基本不变，是进行光孤子通信的理想载体•而高阶孤子在开始传输和传输过程中的幅度和脉宽变化较大.当这些因素共同作用时，对脉冲的传输特性有较大的形响.但通过合理的选择參个影响因素的奏量•能得到一个比较适于信息传输的高阶孤子脉冲.这对通过提高入射光脉冲功率使光脉冲在光纤中形成高阶孤子来提高两光中继器之间的中继距离的研究有一定的参考意义.关键词：光纤孤子；非线性薛定铐1方程；高阶色散；高阶非线性：初始呱啾；对称分步傅里叶法；数值基金项目：国家自然科学基金(No.60778017)和•区域光纤通信网与新型光

3、通信系统国家重点实验室(上海交通大学)■•开发基金(No.2011gzkf031101)资助第一作者：谢务友(1986-)•男•硕士研究生•主要研究方向为非线性光纤光学方面的研Email：xiewubenyou@126.com导师(通讯作者)：刘山亮(1957-〉・男.教授•主要研究方向为髙途光纤通信理论和实聆的研究.Email；liushanliang@lcu.edu.cn收稿日期：2011-09-11;修回日期：2011-11-03模拟中图分类号：O437文献标识码：A0引言光纤孤子通信是21世纪昴具发展前景的通信方式，现在光孤子研究的一个重要目

4、标就是在保证传输质试的前提下提髙两中继器之间的中继距离.我们知道•适当地提髙入射脉冲的光功率•可以在增加传输距离的同时保持较好的传送质就.但实际情况是•当脉冲宽度为皮秒(ps)甚至飞秒(fs)g级或入射波长处于光纤零色散波长附近时，三阶以上色散和高阶非线性的影响将不容忽视$当入射光强较强•或在有相对较高非线性光学系数的材料中•即使中等光强的光入射也会使得非线性效应的影响表现得很明显•通常研究光脉冲在光纤中传输演化时假定的入射光脉冲为髙斯型脉冲•但在实际和实验的光通信传输系统中，常采用由直接调制半导体激光器产生的光脉冲或者各种速率的随机数据电信号作为信

5、号脉冲•而这些脉冲具有比高斯脉冲有更为陡箱的前沿和后沿•其脉冲形状更接近于超高斯分布，且通常还带有一定量的碉啾•所以用超高斯脉冲来研究这种脉冲在光纤中的传输待性是比较可行的.现在对于在零色散区域光孤子脉冲的演化和超高斯脉冲在单模光纤中的传输特性研究，不少文献都进文章编号：1004-4213(2012)02-0133-6行了讨论研究3」•但很多文献是在忽略光纤中非线性效应的情况下进行的23•也很少有同时考虑光纤的高阶色散效应和光纤损耗以及高阶非线性效应的影响•本文将同时考虑损耗、初始臨啾、高阶色散和高阶非线性这些影响因素•通过对称分步傅里叶方法来数值模

6、拟在零色散区趙高斯型超短脉冲在光纤中的传输演化成高阶孤子的过程合理选取影响因素的参使其能够在光纤中故终演化成奇阶孤子脉冲.1光脉冲传输的基本方程与分析方法1.1光脉冲传输的基本方程超短孤子脉冲在考虑损耗、高阶色散和高阶非线性时在单模光纤中的传输方程遵从下面的高阶非线性薛定谭方程2*ar6^ar3iylApA-f-i^lApA(1)式中A(z,T)为脉冲包络的慢变振福是随脉冲的群速度匕移动的参考系中的时间量度(T=t-zNg为二阶色散系数y为光纤的损耗系数*为非线性系数,向为高阶群速度色散系数，可为髙阶非线性系数.1.2分析方法根据分步傅里叶法的基本原

7、理〔山•把式(1)改写为aAaa静=(D+N)A(2)式中，D=—专"A—*伐+*仇容书为色散微分算符，表示线性介质的色散和吸收；N=iLy

8、A

9、2A+°

10、A「A]为非线性算符•代表克尔效应和五阶非线性效应•一般来说•沿光纤的长度方向■色散和非线性是同时作用.分步傅里叶方法是通过假定在传输过程中•光场每通过一小段距离孙色散和非线性效应可以分别作用•从而得到一个近似结果•如果假A设N与z无关•式(1)精确解为A(z+/uT)=expEA(D+N)]A(z,T)(3)忽略算符办和A的非对易性•式(2)的形式解为LAA・T)壬exp(㊁D)exp[jN(z

11、')dz']•(4)利用梯形规则和近似积分口『将式(3)改写为A(n+/i・T)~expN(^+h)])ex