光通信的未来生力军——光孤子通信

 自从1966年英籍华人高锟提出光纤通信的概念以来,光纤通信有了长足的发展,这种以光代电的传输手段是通信史上的一场深刻革命,在信息基础设施方面扮演着重要的角色。20世界90年代以后涌现出了一批极具生命力的光纤通信新技术,如光波分复用、光放大器、光孤子通信等。本文则主要介绍光孤子的产生,光孤子通信系统的构成、部件特点、主要技术和发展现状等。众所周知,在光纤通信中,其传输距离和传输速率受到光纤色散和非线性效应的影响,当色散和非线性效应单独作用时均会限制光通信系统的性能。色散使传输波形展宽,特别是高速传输会引起码元重叠产生误码.     

光学孤子与全光孤子通信

光学孤子通信是利用光纤中的非线性效应消除脉冲的色散，提高传输码率，最近因掺铒光纤放大器的发展，将取代Ｒａｍａｎ放大器而成为光孤子通信系统中最有效的光放大器，使得光孤子通信进入实用阶段。本文对光学孤子的成形机制，性质以及在光纤通信系统中的应用作了深入浅出的介绍。     

孤子色散管理传输及其在常规光纤通信中的可行性研究

从描述光纤中孤子脉冲传输的非线性薛定谔（NLS）方程出发，利用对称分步傅里叶方法对方程进行数值求解．研究了色散管理孤子（DMS）在常规光纤中的传输演化特性，分析了色散管理孤子在常规光纤通信系统中的可行性．结果表明，孤子在通过密集周期性搭配具有相反色散系数的光纤中传输，可以降低孤子间的相互作用，使得孤子的传输演化特性得到改善．利用色散管理来对常规光纤中光孤子脉冲之间的相互作用加以抑制，从而提高信息传输的比特率，但必须具有特殊的光纤制造工艺．     

光纤损耗对光孤子传输的影响

利用Ｂａｃｋｌｕｎｄ变换研究了光孤子在单模光纤中的传输特性。结果表明，损耗使光孤子的脉宽按指数律ｅｘｐ（２Гζ）扩展。光孤子的速度越大。损耗对其强度衰减的影响越小。     

双光学孤子脉冲的传输特性

本文首先指出了算法分裂步骤(split-step)Fourier法和光束传播(propagating-beam)法的等价性.利用这种算法,数字地模拟了可变等振幅孤子脉冲对在无耗光纤中的传输过程,结果证明:提高振幅可使孤子的相互作用大大减小.     

非均匀光纤中暗孤子传输特性研究

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Hirota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.     

单模光纤中传输的长脉冲孤子

理论上证明了一种新的孤子可以在单模光纤中稳定传输，其波形为ｓｅｃｈ１／２（ｘ）。对于普通光纤，在工作波长为１．３μｍ处，当输入峰值功率为１Ｗ时，这种孤子脉冲的脉宽大约为１ｎｓ。     

光孤子在色散缓变光纤中传输时的等价增益

从准非线性Ｓｃｈｒ?ｄｉｎｇｅｒ（ＮＬＳ）方程出发，导出了色散缓变光纤中光孤子脉冲传输所满足的与常规光纤中含增益效应等价的ＮＬＳ方程，给出了该方程的微扰解析解和光孤子脉冲宽度演化表达式。对于阶跃型单模光纤，得到了光纤几何参数与增益系数之间的一般函数关系。最后采用数值模拟方法模拟了不同色散缓变光纤中光孤子脉冲传输特性，指出色散缓变光纤不仅能补偿光纤损耗对孤子脉冲的展宽效应，而且能压缩光孤子脉冲，因而预计它可能有较广泛的应用前景。 关键词：     

光纤孤子通信

本文简述光纤孤子的基本概念、光纤孤子传输理论以及光纤孤子在光纤传输过程中存在的若干问题和解决的办法。最后介绍有代表性的光纤孤子通信试验系统。     

双芯光纤孤子开关及其势函数研究

根据耦合非线性薛定谔方程研究孤子在双芯光纤中的传输,讨论了两芯具有不同增益或损耗的双芯光纤孤子开关特性。并用势函数的概念解释孤子在双芯光纤中的传输与开关行为。     

飞秒激光脉冲光孤子通信方程——非线性薛定谔方程

从麦克斯韦方程组出发,结合光通信研究的实际,推导出实用的非线性光纤光孤子通信方程.     

利用相位共轭与色散配置实现具有大占空比和大放大器间隔的长距离光孤子传输

在用光纤放大器补偿损耗的光纤传输线中，用负色散光纤与正色散光纤或色散补偿器件交叉配置，并使传输线中光纤的有效色散适当大于（与平均孤子对应的）理论值，同时在传输线中周期地使用相位共轭器，可以在把放大器间隔提高到与常规光纤通信相同的条件下有效地削弱孤子之间的互作用。本文对实现速率为２５Ｇｂｉｔ／ｓ、占空比为１／２、光放大器间隔为１００ｋｍ、传输距离大于６０００ｋｍ的光孤子传输作出了数值论证     

色散渐变光纤中的亚皮秒孤子传输

当皮秒孤子在群色散指数衰减的色散渐变光纤中传输时,孤子的群色散和自相位调制保持局域平衡,宽度可以保持不变,但对亚皮秒孤子,由于受拉曼自频移效应和三阶色散效应的共同影响,要想继续保持群色散与自相位调制的局域平衡,光纤的群色散分布应加以修正,对传输亚皮秒孤子的色散渐变光纤的群色散分布加以修正,讨论并对亚皮秒孤子的传输情况进行了数值模拟,模拟结果与理论一致。     

基于不同色散光纤的光纤链的孤子传输研究

对不同色散光纤组成的光纤链在放大距离内的孤子传输进行了数值和实验研究，结果表明：不同的光纤组合有着不同的结果，因此在孤子传输时存在着合理地组合不同色散光纤的问题，而且即使同一根由不同色散组成的光纤链，当入纤方向了出纤方向交换时，实现孤子传输所需要的能量及孤子传输的稳定性也是不一样的。     

孤子源啁啾对光孤子传输的影响以及消啁啾的方法

本文提出了一种孤子源非线性啁啾的模型,利用解析和计算机模拟的方法从理论上分析了孤子源啁啾,特别是非线性啁啾对孤子传输的影响,并讨论了消啁啾的两种方法-正色散光纤消啁啾法和Fabry-Perot光谱窗消啁啾法,实验结果与理论分析基本一致.     

光纤光栅中孤子时延特性研究

从光纤光栅慢光产生的物理机理和非线性耦合模方程组,仿真分析了均匀布拉格光栅中光栅孤子传输时的减速特性;利用高速示波器搭建了测量高能量、窄脉冲通过布拉格光纤光栅后时延特性的实验系统,分别测量了由普通单模光纤和高非线性光纤制作的均匀光栅对光脉冲的时延特性.实验结果为:用5 cm长普通单模光纤制作的布拉格光栅可以使在其中传输...     

色散补偿光纤通信系统中孤子之间的相互作用

采用变分原理与位力定理研究了非线性光通信系统色散补偿方案中,相邻孤子之间的相互作用对孤子传输特性的影响。结果表明:在相位匹配与等幅孤子注入时,在普通单模光纤中这两个孤子先相互吸引,而后又相互排斥,显现周期性碰撞的变化规律,形成束缚孤子态,而在色散补偿光纤中传输的孤子之间不发生碰撞;对相位不匹配与等幅孤子注入,孤子之间发生分离;对相位匹配和不等幅孤子注入,在色散补偿光纤中传输的孤子,如果初始间隔φ0越小,应注入较大的初始幅值差η0,以利于孤子的传输。     

饱和光纤中的各阶孤子及孤子相互作用

首先研究了非线性饱和光纤中各阶孤子存在的幅值范围，与标准非饱和情况的非线性薛定谔孤子非常不同，即一阶孤子幅值范围是１．４≤Ｎ≤∵．０，二阶孤子为４．０≤Ｎ≤♀．０，三阶孤子为７．０≤Ｎ≤≤１５．０，并分析了各阶孤子的传输特性，最后研究了双一阶孤子相作用的若干特点，明确了五个方面的特性。     

光孤子原理及其通信技术

光孤子通信属于光纤通信的一种,但它将光纤的应用范围从线性扩大到非线性．和现有的光纤通信相比,无论是传输距离还是信息容量,都有极大地飞跃． 一、何谓光孤子 所谓孤子,就是一种“孤立”的波。它具有十分诱人的特性,即在传输和反复碰撞的过程中,其形态完全不改变;始终保持着自身特有的性质,就像“粒子”的行为一样．孤子（Ｓｏｌｉｔｏｎ）这一术语,最早可见于Ｚａｂｕｓｋｙ和Ｋｒｕｓｋａｌ发表于１９６５年关于求Ｋｄｖ方程数值解的论文中．但是,孤立波的发现却可以追溯到１８３４年．在那年４月的某一天,有两匹马拉着一条…     

纳米光纤的强非线性响应和光孤子通信

在描述普通光纤光孤子的行为基础上 ,提出纳米光纤概念 ,重点讨论了利用纳米光纤的强三阶光学非线性建立的全新光孤子光通信系统以及纳米光纤量子点制备和纳米光纤形成机制。