高速光孤子通信系统中的色散管理研究

摘要

光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。它以其信息容量大，传输速率高，中继距离长，抗干扰性好等特点在近30年得以迅猛的发展。但是光纤色散致脉冲展宽成为光纤通信技术进一步发展的障碍，因此色散补偿技术成为光纤通信研究的热点问题。光孤子作为一种特殊的波包，在传输过程中能保持速度、脉冲形状和幅度维持不变。将孤子的这种特点应用在光纤通信中，经过30多年的理论和实验研究，已经逐渐建立起光纤孤子的概念和理论。并且随着认识的不断深入和新技术的发展，有关光纤孤子的技术还在不断地进步。研究过程中发现，在实际的通信环境中有许多的障碍阻止孤子通信的实用化进程。90年代中期出现的色散管理孤子是对传统孤子的一个改进方案，具有实用前景，成为光纤通信技术领域研究的热点。 本文对色散管理孤子的基本概念作了详细的阐述，对色散管理方法在孤子通信中的应用进行了研究；针对实际通信环境中孤子通信的技术性障碍，通过色散管理方法的控制作用作一一分析。首先阐述了光孤子研究的国内外现状，在此基础上讨论了孤子通信的商用化问题。对普通光脉冲在光纤中的传输进行了详细的回顾，其中包括光纤损耗、光纤色散和非线性现象对光脉冲的具体影响。研究表明：色散对脉冲的影响主要表现在脉冲宽度的展宽，非线性主要引起脉冲频谱的展宽和自抖现象等。分析了高阶色散、高阶非线性、孤子互作用以及掺铒光纤放大器(EDFA)对孤子通信带来的影响。高阶色散引起色散波和单边振荡，产生误码。高阶非线性如拉曼效应引起孤子自频移。OTDM中的孤子互作用主要表现在相邻孤子发生碰撞，脉冲位置和幅度发生了改变。EDFA引入自发辐射(ASE)噪声，最终产生时间抖动等等。以上都表明必须将控制方法引入到孤子通信的实际应用中。通过分步傅里叶方法解非线性薛定谔方程得到光脉冲传输后的数值解；结合变分法直接得到脉冲幅度、中心位置、频率的演化方程，本文证明色散管理方法能够更好的控制孤子脉冲在实际通信环境中的行为，缓解了孤子互作用的不利影响；通过与普通孤子通信性能比较，本文证明色散管理方法对高阶色散也有很好的抑制作用。借助光通信仿真工具Optisystem对色散管理配置图形进行了详细的分析和仿真，结果表明在对称色散管理配置图形的情况下，脉冲形状维持最好，眼图最清晰。本文还重点对色散管理的三种经典色散补偿模式进行了讨论，在此基础上设计了一种新型的色散管理链路图形。计算结果证明在高速、长途通信中此种色散管理链路图形能够得到很好的效果，信号传输约4000km后，仍然保持很好的脉冲形状和清晰的眼图。文章最后从工程设计的角度出发，归纳总结了色散管理孤子通信系统的具体设计步骤和方法，对实际工程应用有很好的指导作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2光孤子通信的研究现状和进展

1.3 DMS系统的商用化以及有待研究的问题

1.3.1 DMS系统的商用化

1.3.2有待研究的问题

1.4本文主要内容以及创新点

第2章光纤孤子通信的基本传输理论

2.1引言

2.2脉冲在光纤中的传输

2.2.1光纤的损耗

2.2.2群速度色散(GVD)

2.2.3光纤中的非线性现象

2.3孤子通信的基本概念

2.4孤子的数学模型及形成原理

2.5孤子通信系统中主要的制约因素

2.5.1光纤损耗

2.5.2高阶色散和高阶非线性现象

2.5.3 OTDM系统中孤子互作用的影响

2.5.4 EDFA的影响

2.6本章小节

第3章色散管理孤子的基本理论

3.1引言

3.2色散管理孤子的概念

3.2.1色散管理孤子系统的结构

3.3色散管理孤子系统的特点和优势

3.4本章小结

第4章色散管理孤子的性能分析

4.1引言

4.2色散管理孤子系统的传输方程

4.3变分法在DMS系统分析中的应用

4.4色散管理孤子系统中的孤子互作用

4.5色散管理孤子系统中的G-H效应

4.6色散管理中的三阶色散效应

4.6.1普通孤子系统中的三阶色散效应

4.6.2色散管理孤子系统中的三阶色散效应

4.7本章小结

第5章高速色散管理孤子通信系统的设计

5.1引言

5.2色散管理图对系统性能的影响

5.3色散受限系统和损耗受限系统

5.4色散管理模式分类分析

5.4.1无损管理模式

5.4.2共振色散管理模式

5.4.3密集色散管理模式

5.4.4色散渐减密集色散管理和色散渐减光纤(DDF)

5.4.5光通信系统的设计方法与思路

5.4.6本章小结

第6章总结和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文