光纤通信系统中调制不稳定性的研究

论文摘要

调制不稳定性(MI)是光纤通信系统中一种非常普遍而且重要的物理现象,它是由色散(或衍射)和非线性的之间的相互作用导致的对光场的不稳定性。MI在频域上表现为谱线旁瓣的产生,在时域上表现为使连续或准连续光分裂成一系列超短脉冲。MI的研究对于改善光通信系统性能,研究超短脉冲和光孤子通信等领域有很大的帮助。不利的一面是调制不稳定对传输系统的限制,可能导致不希望的信号振幅调制,限制系统的输出功率,导致系统运行成本增高,因而有必要对MI进行研究。论文首先简单介绍了MI的研究状况和研究意义;接下来从光脉冲在光纤中传输满足的非线性薛定谔方程出发,采用传统的线性稳定性分析法,对SPM和XPM引起的调制不稳定性基态增益做了分析和研究;然后在同时考虑二至四阶和三五次非线性系数的情况下,研究了光纤中的MI现象,并进行了数值模拟;最后,对色散管理(DM)系统中的调制不稳定性进行了分析和研究,得到了一些结论,对长距离、高容量的色散管理通信系统的设计起到了一定的理论参考作用。研究结果表明:三阶色散对不稳定性增益谱无影响;当满足一定条件时,由于四阶色散的影响,MI可发生在两个频谱区;正五阶非线性加强MI,使增益谱变宽,峰值变大,负五次非线性则减弱MI;当入射功率较小时,五次非线性对调制不稳定性的影响并不明显,这说明当入射功率很小时,忽略非线性薛定谔方程中的五次非线性项的做法是合理的,随着入射功率的增加,五次非线性对MI的影响越来越大,并最终减小了使调制不稳定性发生的入射功率范围;随着距离的增加MI的频谱宽度逐渐减小,增益谱的幅度也将逐渐减小:在色散管理系统中,色散管理图强度越强,对MI过程产生的增益有越大的抑制作用,路径平均色散越大,抑制MI过程产生的增益越明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 调制不稳定性简介
• 1.2 调制不稳定性的研究状况
• 1.3 本论文研究的目的和意义
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 基本理论
• 2.1 非线性折射率及其相关效应
• 2.2 线性稳定性分析
• 2.2.1 自相位调制不稳定性的线性稳定性分析
• 2.2.2 交叉相位调制不稳定性的线性稳定性分析
• 2.2.3 数值模拟
• 2.4 小结
• 第3章 单光束自相位调制不稳定性的研究
• 3.1 理论基础
• 3.2 数值模拟及分析讨论
• 3.3 小结
• 第4章 双光束交叉相位调制不稳定性的研究
• 4.1 理论基础
• 4.2 数值模拟及分析讨论
• 4.2.1 反常色散区的交叉相位调制不稳定性
• 4.2.2 正常色散区的交叉相位调制不稳定性
• 4.2.3 传输距离对调制不稳定性的影响
• 4.2.4 不同入纤功率下的交叉相位调制不稳定性
• 4.2.5 其它色散区
• 4.3 小结
• 第5章 色散管理系统中调制不稳定性的研究
• 5.1 理论模型
• 5.2 理论结果及分析
• 5.3 小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文