光孤子的长距离稳定传输及三角形光脉冲的研究

摘要

随着对大容量、高速率通信要求的不断提高,光孤子通信得到了十分迅速的发展。光孤子是一种光脉冲序列,它在光纤中长距离传输时能保持形状不变,这种特性是实现光孤子通信的基础。另外,随着全光通信网络的发展,具有特殊时域形状的光脉冲也逐渐显现出广阔的应用前景。本文选取“光孤子的长距离稳定传输及三角形光脉冲的研究”为研究课题,开展了在长腔拉曼光纤激光器系统中光孤子的长距离传输及三角形光脉冲产生和应用的研究。本研究主要内容包括：
　　 ⑴利用标准的非线性薛定谔方程研究了皮秒光脉冲在单模光纤中的传输特性。详细讨论了光纤中的群速度色散和由非线性效应引起的自相位调制对不同形状光脉冲的传输产生的影响；分析了光孤子形成的条件,并讨论了光纤损耗对孤子传输的影响。
　　 ⑵详细讨论了基于长腔拉曼光纤激光器的长距离传输系统,系统利用光纤中的二阶拉曼放大效应实现了信号光在超长距离上的准无损耗传输,在长达83km的传输距离上,信号光功率的漂移幅度可降至1.5dB(而在集总放大系统中为16.6dB)。传输系统特性受到传输光纤长度、光栅反射率及输入信号光功率的影响。对于较长腔系统,可在不明显降低泵浦效率的同时,通过降低光栅反射率来改善信号光功率的演化。另外,为实现信号光的准无损耗传输系统所需的总泵浦功率均在中等功率水平。
　　 ⑶利用长腔拉曼光纤激光器的传输系统开展了基态光孤子长距离上无波动传输的实验研究,实验中首次实现了4.0ps的孤子脉冲在22km传统单模光纤上的无波动传输,22km等效于～16个孤子周期。实验中采用SHG-FROG测量了传输过程中不同距离上的孤子脉冲频谱图,得到了精确恒定的频谱演化过程,充分证明光孤子脉冲在振幅、时域脉宽及相位上无波动的长距离传输。光孤子传输距离又进一步扩展到72km长(多于50个孤子周期)。
　　 ⑷利用此长距离传输系统,实验研究了系统总泵浦功率、前后向泵浦功率比值、光栅反射率及光纤长度对系统特性和孤子传输的影响,探讨了在此准无损耗传输链路中孤子稳定传输的运行极限。实验中通过优化光栅反射率实现了光孤子在100km传输距离上的稳定传输,这是在长腔拉曼激光器系统中2.8ps孤子可传输的最长距离；孤子在100km距离上经历了类似“呼吸”孤子的传输过程。同时孤子的稳定传输对光栅反射率有较大的容差。
　　 ⑸提出了一种新颖的无源非线性脉冲整形手段,此手段依赖于脉冲的预啁啾量和脉冲在正色散光纤(NDF)中传输时群速度色散和非线性效应的相互作用,通过调节脉冲预啁啾量和输入正色散光纤的脉冲功率,可实现不同脉冲时域形状的整形。
　　 ⑹利用非线性脉冲整形方法开展了三角形脉冲产生的实验研究,在多个脉冲预啁啾值下均得到了较好的三角形脉冲,三角形脉冲的产生沿正色散光纤长度有一定的稳定性,此稳定性受到脉冲预啁啾量的影响。另外也开展了三角形脉冲在基于光纤中的自相位调制(SPM)和交叉相位调制(XPM)的波长转换器中应用的初步实验研究。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 光孤子通信及研究进展

1.2 三角形光脉冲概述

1.3 实验测量手段

1.4 本论文内容及创新点

第二章 光脉冲在光纤中的传输特性研究

2.1 光脉冲传输的基本方程

2.2 群速度色散和自相位调制对脉冲传输的影响

2.3 光孤子的产生及其基本特性

2.4 本章小结

第三章 长腔拉曼光纤激光器系统及精确孤子的长距离传输

3.1 长腔拉曼光纤激光器系统

3.2 基态孤子在长腔拉曼光纤激光器系统中的无波动传输

3.3 高阶孤子传输的实验研究

3.4 本章小结

第四章 孤子长距离传输的动态研究

4.1 系统腔结构的参数变化对孤子传输的影响

4.2 光孤子在更长距离上的传输

4.3 本章小结

第五章 三角形脉冲的产生和应用研究

5.1 三角形脉冲产生的理论研究

5.2 三角形脉冲产生的实验研究

5.3 三角形脉冲的应用研究

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

个人简历

攻读博士期间发表的论文及参与的科研项目

致谢