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高阶效应条件下160Gbit%2fs色散管理孤子传输性能分析.pdf 41页

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南京邮【也人学硕:I:研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1.1引言 为了满足人们日益增长的信息需求,光纤通信系统正在朝高速率、长距离、大容量方 向演进。目前,传输速率高达10Gb/s的系统已在国内长途骨干传输网及省内干线传输网中 得到广泛应用,单信道40Gb/s的系统已经逐渐走向商用化。为进一步提高传输容量,单信 道160Gb/s的光纤通信系统成为目前研究热点之一。 光孤子通信技术是一种新颖的非线性全光长距离通信,是新一代高速长距离通信的优 选方案,它利用强脉冲在光纤中产生的非线性压缩来补偿脉冲的色散展宽,实现高速孤子 脉冲稳定地传输,其传输速率比线性光纤通信的高2.3个数量级,通信距离可达数万公里, 并适合WDM、OTDM长距离通信,是进一步提高通信系统容量的最佳通信方式【l】,其研究 已取得重大进展。 1.2光纤孤子通信基本概念 了包含有孤子解的著名的KdV方程,它可以用来描述普遍存在地波动问题(浅水波),1965 波解,并发现当孤波具有很好的稳定性及在碰撞时存在类似粒子的弹性碰撞,此时又称该 种孤波为孤(粒)子,此后各国科学家都致力于从数学和物理概念上去充分研究和理解这种 非线性波。第一次把孤子概念运用于通信的构思是在1973年,日本人Hasegawa研究发现 无损耗光纤介质中的光场包络满足非线性薛定谔方程,在反常色散区存在亮孤子,在正常 输的设想,从而使人们看到了光孤子的应用前景,由此.丌始了光纤孤子通信研究的热潮。 物,服从非线性薛定谔方程(NLSE),受光纤线性与非线性特性的支配。光纤的群速度色散 使脉冲在传输过程中不断展宽,光纤损耗也使得脉宽按指数展宽,幅度按指数衰减。光纤 的非线性使脉冲压缩,利用光纤中自相位调制导致的光脉冲收缩效应去抵消光纤色散引起 l 南京邮I乜大学硕JAijfj,u生学位论文 第一章绪论 的脉冲展宽效应,从而形成光孤子波,实现无脉冲畸变光传输,这就是光孤子传输的原理。 1.3制约光孤子传输的因素和传输控制方案 1.3.1影响光孤子传输特性和传输容量的主要因素 影响光孤子传输特性和传输容量的主要因素从总体上主要表现在两个方面:一是光纤 介质引起的,如损耗、群速色散、偏振模色散等:二是非线性相互作用,如自相位调制(SPM)、 交叉相位调制(xPM)、四波混频(FWM)等。具体表现在如下几个方面: 1.当实际的光纤通信系统考虑光纤损耗时,非线性薛定谔方程(NLSE)弓I入损耗项,方 程变得不可积,在孤子传输理论中,常用归一化损耗r来表征实际损耗,定义为一个色散 长度LD内的光纤损耗。当输入的脉冲宽度To和色散变化时,可能归一化损耗r<<l,此时孤 子具有保持幅度和脉宽积为一常数的特点,传输方程可用守恒量扰动法求解,而当归一化 损耗11≈1或r>>l,此时微扰理论已不合适,数值解表明脉冲幅度随距离快速衰减,有大量 的色散波产生。光放大器可以补偿光纤损耗对光孤子传输的影响,但不可避免地引入放大 器的自发辐射(ASE)噪声。这些噪声并非加性噪声,它会引起孤子的频率调制,在色散光 纤中,最终导致孤子中心位置的定时抖动,由此引起对孤子长距离通信传输的主要限制因 素,单信道孤子通信系统的极限传输容量为29THz·km。 2.当脉宽To<3ps时,孤子传输过程中就不可避免地出现高阶色散及高阶非线性的影响, 主要为三阶色散、非线性色散、拉曼效应影响【201。对三阶色散的研究表明,在偏离零色散 波长时,一般三阶色散较小,采用守恒量扰动法求解,发现其不影响孤子的频率与幅度, 却改变脉冲位置及相位。在接近零色散波长附近,数值分析表明,三阶色散引起色散波且 使脉冲频率发生滑移,表现为能量在脉冲的后沿附近振荡,对孤子相互作用产生较大的影 响。当考虑非线性色散时,孤子呈现自陡峭效应,孤子的峰值部分比两翼传输得慢,导致 峰值处被延迟,从而使不同阶的孤子简并破裂,产生衰变,导致光孤子脉冲的自塌陷现象。 拉曼效应影响表现为孤子高频分量成为低频分量的泵浦源,导致孤子中心的频率向低频方 向移动,即孤子自频移,且频移速率与孤子脉宽的4次方成『F比,同时拉曼效应与ASE噪声 联合作用,影响孤子的传输特性。 3.初始条件的不匹配对孤子通信的影响。对有损耗光纤中,脉冲的脉宽会发生振荡, 且随传输距离

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