光学相位共轭技术在光纤通信系统中的应用研究

论文摘要

在高速长距离光纤通信系统中,随着光纤放大器的出现,光纤的损耗已不再是系统性能的主要限制因素,但通信系统容量仍然受限于色散和非线性效应。光学相位共轭(OPC)技术因其能同时补偿光纤中的色散和非线性效应,成为现代光纤通信系统的研究热点技术之一。它是指利用某种光学非线性现象来达到光波的传输方向及各处相位因子的准确反转。这种自然矫正传输相位干扰和反向传输的特性使其得到广泛的应用。本文首先阐述了OPC的国内外研究概况；并介绍了实现OPC的两种常用方法：受激布里渊散射(SBS)和四波混频(FWM)产生相位共轭波；接下来从麦克斯韦方程组出发,推导光脉冲在光纤中的传输方程,对影响光脉冲在光纤中传播的色散和非线性效应进行了分析,并用分步傅里叶方法,对其进行求解验证；研究了时域相位共轭(TPC)技术和频域相位共轭(SPC)技术的色散和非线性效应补偿原理；并对两种技术在单脉冲传输和双脉冲传输两种情况下进行了数值计算和分析。研究得出：TPC技术能同时实现对群速度色散(GVD)、自相位调制(SPM)以及脉冲内拉曼散射(IRS)效应的补偿,但它不能补偿奇阶色散和自陡(SS)效应导致的脉冲失真；SPC技术能实现对对GVD、奇阶、SPM以及SS等效应的补偿,但它不能补偿IRS效应导致的脉冲失真；如若将TPC和SPC结合使用,将大大改善光纤通信系统的性能,有望解决光纤通信系统朝着高速率、大容量、长距离方向发展的难题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 本论文的内容安排
• 第二章 光学相位共轭的实现
• 2.1 光学相位共轭的特性
• 2.2 受激布里渊散射产生相位共轭波
• 2.2.1 受激布里渊散射效应
• 2.2.2 后向受激布里渊散射光的相位共轭性
• 2.3 四波混频产生相位共轭波
• 2.4 本章小结
• 第三章 理论模型的建立
• 3.1 光纤中脉冲传输的基本理论
• 3.2 光纤的色散特性
• 3.3 光纤的非线性效应
• 3.3.1 自相位调制
• 3.3.2 交叉相位调制
• 3.3.3 脉冲内拉曼散射
• 3.4 分步傅里叶方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 光学相位共轭技术的色散和非线性补偿
• 4.1 单脉冲下两种相位共轭的色散及非线性补偿原理
• 4.2 双脉冲下两种相位共轭的色散及非线性补偿原理
• 4.3 实现两种相位共轭的实验原理图
• 4.4 本章小结
• 第五章 数值计算结果及其分析
• 5.1 单脉冲传输情况
• 5.1.1 仅考虑GVD和SPM效应
• 5.1.2 同时考虑GVD、SPM以及TOD效应
• 5.1.3 同时考虑GVD、SPM以及IRS效应
• 5.1.4 同时考虑GVD、SPM、TOD以及IRS效应
• 5.2 双脉冲传输情况
• 5.2.1 信号脉冲2为高斯脉冲
• 5.2.2 信号脉冲2为啁啾高斯脉冲
• 5.2.3 信号脉冲2为超高斯脉冲
• 5.2.4 信号脉冲2为高斯脉冲串
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢