單模光纖中光孤子傳輸特性的模擬研究文獻(xiàn)綜述

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1、浙江工業(yè)大學(xué)理學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）文獻(xiàn)綜述學(xué)生姓名：張志杰學(xué)號(hào)：專業(yè)：設(shè)計(jì)（論文）題目：?jiǎn)文９饫w中光孤子傳輸特性模擬研究指導(dǎo)教師：張夕飛2014年3月10日1.引言1966年英籍平人高錕（K.C.Kao）博士和與同事何兌漢（G.A.Hockham）聯(lián)合發(fā)表丫一篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文《光頻率介質(zhì)纖維表而波導(dǎo)》［1］,在此論文屮他們提出利用帶柯包層材料的石英玻璃光學(xué)纖維作為通信介質(zhì)的可能性。從此，光纖具奮的界景人、中繼距離長(zhǎng)、重景輕、抗千擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)逐少被人類認(rèn)識(shí)和利用，光纖通信得以長(zhǎng)足發(fā)展。而高錕木人也為此獲得諸多殊采，被譽(yù)為“光纖通訊之父”，

2、并干2009年獲得諾W爾物理學(xué)獎(jiǎng)。如今，光纖通信已成為現(xiàn)代通信網(wǎng)的葙本組成部分，它的演變和發(fā)展至今已經(jīng)經(jīng)歷了四代。它們分別是0.85微米和1.3微米波段的多模光纖的通信系統(tǒng)，1.3微米波段的單模光纖通信系統(tǒng)，1.55微米波段的單模光纖通信系統(tǒng)，和采川光放人器來增加屮繼距離和采川波分復(fù)川技術(shù)來提商傳輸速率的單模光纖通信系統(tǒng)［2］。迅速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)、Ik務(wù)迫使光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率不斷提高，似山于放大器帶寬的限制，要進(jìn)一步加大WDNPP信道數(shù)比較困難，這就急需將單信道碼速率提高到lOOGbit/s以至更高的碼速率。對(duì)于WOGbit/s系統(tǒng)來說，

3、由于碼間距極小，光纖中色散及非線性效應(yīng)帶來的影響很大。可見，現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)的已經(jīng)逐漸不能滿足人們對(duì)帶寬和速率的要求，而俺用光孤了?通信技術(shù)的第五代光纖通信系統(tǒng)則足眾望所歸［3］［4］。2.光孤子的形成機(jī)理在光纖通信中，損耗和色散是限制傳輸距離和傳輸容量的主要原因。損耗使光脈沖在傳輸吋峰值功率不斷減低，而色散則使光脈沖在傳輸屮逐漸展寬，這兩者都會(huì)影響通信系統(tǒng)的性能。由于現(xiàn)代光纖制造技木已經(jīng)使得光纖的損耗降低到接近理論的極限值，色散問題就成為實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離和超大容量光纖通信的主耍問題。另一方面，密集波分復(fù)川（DWDM）技術(shù)己成功地應(yīng)川于光纖通

4、信系統(tǒng)，并且極人地增加了光纖中可傳輸信息的容量和傳輸速率。似隨卷波分復(fù)川信道數(shù)的增加，光纖中功率密度也大幅增加。在低光功率下，纖芯的折射率可認(rèn)為是常數(shù)。這時(shí)候的光纖通信是線性的。但在光功率密度很大的情況下，光纖折射率成為光強(qiáng)的函數(shù)。雖然這種與光強(qiáng)相關(guān)的非線性折射率非常小，但對(duì)光信號(hào)在光纖屮傳播過程的影響卻很明顯，使得光信號(hào)的相位產(chǎn)生調(diào)制，引起自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）及四波混頻（FWM）等效應(yīng)I5j。光纖的這些非線性效應(yīng)在光的強(qiáng)度變化時(shí)使頻率發(fā)生變化，從而使傳播速度變化。如果不對(duì)這些非線性效應(yīng)進(jìn)行抑制或者加以利用，光纖通信

5、系統(tǒng)的性能就會(huì)受到限制。與光纖色散使光脈沖展寬相反，光纖中的自相位調(diào)制效應(yīng)會(huì)使光脈沖產(chǎn)生壓縮。在光纖的反常色散區(qū)，自相位調(diào)制使光脈沖P沿的頻率變商、傳播速度變快；而使前沿的頻率變低、傳播速度變慢。這就造成脈沖P沿比前沿運(yùn)動(dòng)快，從而使脈沖受到壓縮變窄。如果冇辦法使光脈沖變寬和變窄這兩種效應(yīng)好互相抵消，光脈沖就會(huì)像一個(gè)個(gè)孤立的粒子那樣形成光孤子，能在光纖傳輸中保持形狀不變，從而實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離的光孤子通信。光孤子脈沖很窄，因而即使相鄰光孤子間隔很小也不至于發(fā)生脈沖重脅或者干擾。正因?yàn)槿绱?，利用光孤子進(jìn)行通信，其傳輸矜暈極人、碼速極高［6b1.光孤子

6、通信技術(shù)按文獻(xiàn)［3］光孤子通信系統(tǒng)基本組成如下圖所示。圖1.光孤子通信系統(tǒng)基本組成由圖所示光孤子源產(chǎn)生的光孤子流作為信息載體，利川光調(diào)制器將發(fā)送的信怠調(diào)制到光孤孑流。被調(diào)制的光孤了?流經(jīng)摻鉺光纖放大器（EDFA）和光隔離器后進(jìn)入光纖進(jìn)行傳輸。為了補(bǔ)償光脈沖在傳輸過程屮的能撒損失，維持非線性效應(yīng)，以平衡色散效應(yīng)，在光纖傳輸線路上耑要周期地插入EDFA,以保證脈沖的幅度和形狀穩(wěn)定不變。在接收端，通過光孤子解調(diào)器和其它輔助裝置將信號(hào)還原。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)屮，相鄰孤子之間的ffl互作用、放大器的噪聲以及光纖的衰減等因素都會(huì)影響光孤了的傳輸特性，限制光孤

7、了的實(shí)際應(yīng)用。為解決這些問題，由此涉及到的技術(shù)主要冇［7］:1，適合光孤了傳輸?shù)墓饫w技術(shù)。這方而的技術(shù)極該包括兩個(gè)方面，一是如何利用現(xiàn)柯光纖進(jìn)行光孤子傳輸，二是研發(fā)適合光孤子傳輸?shù)男滦凸饫w。研究特定光纖參數(shù)條件卜"光孤子傳輸?shù)挠行Ь嚯x，山此確定能量補(bǔ)充的中繼距離，這樣的研究不促為光孤子通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供數(shù)裾，而且通常導(dǎo)致新型光纖的產(chǎn)生。2,光孤了源技術(shù)。孤了源技術(shù)是超高速光孤了通信的關(guān)鍵。要想光孤了在光纖中穩(wěn)定地傳輸,光孤了?源輸ill的光脈沖包絡(luò)須為嚴(yán)格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件。但R前的光孤了通信試驗(yàn)系統(tǒng)大多采用體積小、重S頻率高

8、的增益開關(guān)DFB半導(dǎo)體激光器或鎖模半導(dǎo)體激光器作光孤了源。它們的輸出光脈沖是高斯形的，且功率較小，但經(jīng)光纖放大器放大后，可獲得足以形成光孤了傳輸?shù)姆逯倒β省８咚构饷}沖在色散光纖中