光纤通信中光孤子的传输特性分析

计算机模拟技术已经广泛应用在教学和科研中,在光纤通信课程教学中引入MATLAB语言,形象的给出光波在光纤中传输的模拟结果,既形象又深刻.以光孤子为例,给出基态孤子,二阶孤子和三阶孤子传输特性以及两个基态孤子的相互作用.     

准孤子在负平均色散补偿光纤链中稳定传输的区域

本文研究了准孤子在负平均色散补偿光纤链中稳定传输时ＤＣＦ和ＳＭＦ的配置关系,计算了准孤子稳定传输的区域,给出了直观的稳定传输区域图。数值模拟验证表明,稳区图的预言基本正确。     

非局域非线性耦合器中暗孤子的传输

研究了空间暗孤子在非局域非线性耦合器中的新解和传输稳定性.发现非局域非线性耦合器中存在稳定的基态暗孤子和多极暗孤子的束缚态.分析了非局域程度、非线性参数、传播常数和耦合系数变化对基态暗孤子的峰值、束宽和功率的影响.讨论了基态暗孤子和多极暗孤子的传输稳定性,发现基态暗孤子在其存在的区域总是稳定的,偶极以及多极暗孤子存在不稳定区间,稳定区间取决于传播常数和介质的非局域程度,并且多极暗孤子的稳定传输还受孤子间距的影响.     

拉曼增益对孤子传输特性的影响

利用考虑拉曼增益效应的非线性薛定谔方程, 在忽略光纤损耗的情况下, 采用基于MATLAB的分步傅里叶数值算法, 得出线性算符和非线性算符具体的表达式, 分步作用于光孤子脉冲传输方程, 仿真模拟了光孤子在光纤中传输时的演变. 与不考虑拉曼增益的光孤子在光纤中传输相对比, 探析了拉曼增益对孤子传输特性的影响.拉曼增益会破坏孤子的传输周期, 导致孤子在光纤中传输时快速衰减, 并且影响程度和输入孤子的脉冲峰值功率大小有关, 拉曼增益对基态孤子和高阶孤子的影响也不相同. 关键词： 拉曼增益 孤子 对称分步傅里叶法 非线性薛定谔方程     

在光纤零群速色散区传输的光孤子波

通过对超短光脉冲在单模光纤中传输方程的分析研究,给出了在零群速色散传输方程的亮,反波解。结果表明,超短光脉中在光纤的零群群速色散仍能以亮,暗孤波的形式传输,且不存在孤子自频移现象。     

准光孤子特性及其通信技术研究

对准光孤子理论进行了研究，用一个合适的、持续的色散管理方法，从一个修正的非线性薛定谔方程得到一个精确解，用这个解构造一个非线性稳定的准光孤子脉冲。用数值模拟的方法得出了准光孤子和光孤子的波形。结果表明：准光孤子几乎具有光孤子的全部优点，其脉冲宽度比光孤子要小很多，并且准光孤子的脉冲宽度可以通过调节光纤的结构参数来进行调整，准孤子能够在光纤中稳定地实现长距离传输，而且能够很好地克服由孤子的固有特性造成的对通信容量的限制，所以准光孤子有望成为下一代通信系统的最佳信号载体。     

光纤激光器中亮暗孤子对的传输特性

基于简化的光纤激光器模型,采用分步傅里叶方法,数值研究亮暗孤子对在光纤激光器中的传输特性。研究结果表明,在光纤激光器中,亮暗孤子对是否稳定存在与群速度色散有关,亮暗孤子对在零色散区可以保持波形不变的稳定传输。同时亮暗孤子对受光纤激光器的小信号增益系数、饱和能量、初始脉宽、偏振角度等因素的影响。小信号增益系数越大,饱和能量越大,则亮暗孤子对的峰值强度越大,脉宽越窄。当峰值强度增加到一定程度,亮暗孤子对发生分裂。偏振控制器可以控制亮暗孤子对的输出。本研究结果可为光纤激光器中亮暗孤子对信号源的产生研究提供一定的理论依据。     

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。     

掺杂光纤中Peregrine孤子的产生和传输

基于光脉冲在掺杂光纤中的传输模型,采用分步傅里叶方法对Peregrine孤子在掺杂光纤中的产生和传输进行数值研究。基于Peregrine孤子解,讨论Peregrine孤子在掺杂光纤中的产生和传输;提取Peregrine孤子的峰值脉冲,消去背景波,研究高峰值脉冲的传输特性。结果表明,Peregrine孤子在掺杂光纤中传输时,会激发产生一个在时间和空间上都局域化的高峰值单脉冲,随后迅速分裂产生多个子脉冲;小信号增益越大,饱和能量越高,脉冲峰值强度越强,脉宽越小,激发产生的子脉冲空间间隔也不断减小;消去高峰值脉冲的背景波后,脉冲在掺杂光纤中可以稳定传输,脉宽呈呼吸式周期变化,脉冲强度呈周期性振荡,且脉冲强度的平均值不断增加。     

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。     

有限宽度背景中的啁啾灰孤子

基于在正常色散区的变系数非线性薛定谔方程,考虑一个带有微扰的参数渐减光纤系统,并利用数值模拟方法,对超高斯型有限宽度背景波和有限宽度背景中啁啾灰孤子的传输进行详细地研究.结果表明,超高斯背景波可以在带有微扰的参数渐减光纤系统中不受负载啁啾灰孤子的影响而稳定传输.当取背景波脉宽与啁啾孤子的初始脉宽比例大于或等于50时,有限宽度背景中啁啾灰孤子的数值结果基本与精确解相吻合.即使选取的背景波脉宽不宽,有限宽度背景中的啁啾灰脉冲仍可以很好的保持其孤子性质.     

非宇称时间对称耦合器中的非局域孤子

研究了非宇称时间对称复数势下非线性耦合器中多类型非局域孤子的存在性和稳定性,发现基态孤子、偶极孤子、多极孤子分别从线性谱中不同的离散特征值分叉出来形成孤子族,其功率受非局域程度和传播常数的影响.在相变以下,各个类型孤子均在相对较低功率区间是稳定的.随着非局域程度的增加,基态孤子族的稳定区域变小,其他孤子族的稳定区域则变大.在相变以上,基态孤子则在相对中功率区是稳定的,并且从第二大离散特征值分叉出的偶极孤子不存在稳定区域.孤子线性稳定性分析结果中的特征值总是以共轭对的形式出现.此外,还研究了耦合系数对孤子态的影响.     

双源耦合注入准二阶孤子及其通信应用

基于光纤中孤子传输的支配方程，借助分裂步长Ｆｏｕｒｉｅｒ变换法，提出了双源耦合注入准二阶孤子并数值模拟了准二阶孤子与一阶孤子的相互作用，提出并初步论证了基于二阶孤子的三进制光纤孤子通信设想，它能够使中继距离进一步扩大同时，又使信息量增加ｌｏｇ２Ｍ＝ｌｏｇ２ ３＝１．６并可降低对光源高功率注入的要求。     

随机双折射对光孤子传输影响的研究

利用对称分步傅里叶法,数值模拟了光孤子在双折射光纤中的传输特性,分析了孤子脉冲两正交偏振分量的群速度失配对孤子传输产生的影响.结果表明,当光纤的双折射较小时,两偏振分量的脉冲强度变化不大,孤子基本能够保形传输;当光纤的双折射较大时,两偏振分量脉冲很快展宽,强度迅速减小,孤子不能够保形传输;如果光纤的双折射具有随机性,孤子传输的两偏振分量脉冲强度会随着传输距离有强弱不规则的变化,但是两偏振分量的强度变化互相补充,合成强度没有太大的变化,孤子能够稳定的传输;孤子间没有相互作用影响的传输距离随着光纤随机双折射偏振分量群速失配的增大而变小;通过选择恰当的振幅比,传统的不等振幅法仍然能够有效地抑制孤子间的相互作用.     

随机双折射对光孤子传输影响的研究

利用对称分步傅里叶法,数值模拟了光孤子在双折射光纤中的传输特性,分析了孤子脉冲两正交偏振分量的群速度失配对孤子传输产生的影响.结果表明,当光纤的双折射较小时,两偏振分量的脉冲强度变化不大,孤子基本能够保形传输|当光纤的双折射较大时,两偏振分量脉冲很快展宽,强度迅速减小,孤子不能够保形传输|如果光纤的双折射具有随机性,孤子传输的两偏振分量脉冲强度会随着传输距离有强弱不规则的变化,但是两偏振分量的强度变化互相补充,合成强度没有太大的变化,孤子能够稳定的传输|孤子间没有相互作用影响的传输距离随着光纤随机双折射偏振分量群速失配的增大而变小|通过选择恰当的振幅比,传统的不等振幅法仍然能够有效地抑制孤子间的相互作用.     

平均孤子在能量补偿偏离时的自稳定传输

分析了平均孤子传输系统中用于能量补偿的掺铒光纤放大器增益超过或低于理想值时平均孤子传输特性的劣化,提出并证明了利用工作在饱和区的掺铒光纤放大器可实现平均孤子在能量补偿偏离时自稳定传输,讨论了这一措施的可行性及适用范围。     

准孤子对间作用及对传输容量和距离的制约

通过对光纤级联系统中一对准了的传输进行理论分析和数值模拟,研究了准孤子间相互作用及其对系统传输容量和距离的制约,并首次分析了对传输的精细过程。     

暗孤子的周期性再生效应

通过数值求解变系数非线性薛定谔方程,讨论具有有限背景宽度的皮秒暗光脉冲的传输和相互作用。结果表明,一种新的效应,即暗孤子的周期性再生效应,稳定地存在于具有分布参量的光纤系统中,不会受到孤子间相互作用的影响。并且,这种再生效应对损耗和有限的扰动(如白噪声)等不敏感。这表明暗孤子的周期性再生效应是稳定的。     

暗孤子在高斯变迹光纤光栅中的演化

运用快速傅里叶方法数值模拟了暗孤子在高斯变迹光纤光栅中的演化以及暗孤子之间的相互作用。结果表明,在一定条件下光纤光栅的正常色散区可以维持暗孤子的稳定传输,并且孤子的稳定性与f的取值(孤子离禁带的位置)和非线性系数有关。输入两个暗孤子时,孤子之间的相互作用随f的增大而加强,当f继续增大时孤子中心和背景处出现震荡现象并演化产生灰孤子;f越大,两个孤子的稳定性对非线性效应越敏感。     

双折射光纤中三阶色散对孤子脉冲传输的影响

研究了孤子脉冲在双折射光纤零色散点附近的传输特性,应用数值分析方法,讨论了在双折射光纤中,三阶色散对孤子脉冲传输的影响。在输入脉冲两个偏振分量强度相等的情况下,分析发现孤子捕获条件没有变化,但是,脉冲一个偏振分量迅速展宽,另一偏振分量展宽变慢。同时,脉冲的形状、光谱在两个偏振分量中都呈现出不对称性。在一定的条件下,孤子的辐射波主要集中在一个偏振分量中。