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应用相敏光放大器补偿孤子系统中偏振模色散的研究

作　者: 潘婷
导　师: 李跃辉
学　校: 南京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光孤子系统 偏振模色散 相敏光放大器 掺铒光纤放大器 非线性薛定谔方程
分类号: TN929.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在光纤通信中,超高速、超容量、超长中继距离传输一直是其追求的目标。而光纤损耗和色散限制了这一目标的发展。掺铒光纤放大器(EDFA)使光纤损耗的影响变小,但其对光纤色散没有补偿作用。光纤中的群速度色散使脉冲在传输过程中不断展宽,而非线性作用能使脉冲产生压缩效应,光孤子技术就是两者之间相互作用形成的,其能抑制脉冲的展宽。随着传输速率的提高及传输距离的增长,动态随机变化的光纤偏振模色散(PMD)成为系统性能的主要限制因素之一。相敏光放大器(PSA)由于光增益的相敏特性,不仅能够放大光脉冲的能量,而且还具有相位滤波功能。因此,PSA不仅能够补偿光纤的损耗,还对偏振模色散具有一定的补偿作用。本论文通过求解非线性薛定谔方程得到了孤子解,介绍了平均孤子传输方案和动态孤子传输方案。采用分步傅里叶方法,主要研究在孤子系统中PSA对PMD的补偿效果。论文通过计算机系统仿真,首先研究了分别采用EDFA和PSA作为在线放大器时,在考虑不同偏振模色散系数的情况下,平均孤子系统和动态孤子系统的传输性能。仿真结果表明:在不同偏振模色散系数下,采用PSA作为放大器的系统性能优于EDFA系统性能。接着仿真在考虑PMD的情况下,PSA孤子系统中系统和放大器参量变化对系统传输性能的影响。研究结果表明:在其他条件均相同的情况下,随着传输速率的提高,孤子系统性能随之恶化;对于给定的传输速率,孤子脉宽对孤子系统传输性能影响较大,应选取合适的脉宽,使系统能稳定传输;光纤色散系数增大同样引起传输性能劣化;微调放大器增益的方法运用于平均孤子系统中会产生很好的效果,能补偿PSA的相敏特性引起的能量损耗,但运用于动态孤子系统中,效果不是很明显;放大器间距增大时,会引起脉冲的分裂,干扰其他脉冲的传输,这种影响在动态孤子系统中更明显;此外,为了孤子的稳定传输,PSA中的相位漂移必须控制在一定的范围以内。总之,在考虑PMD的情况下,对PSA应用于光孤子系统中传输性能的研究,得到了一系列有用的结论,对于今后PSA在光孤子系统中的实际研究具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-12
  1.1 引言  9
  1.2 偏振模色散  9-10
  1.3 相敏光参量放大器  10-11
  1.4 本论文的主要工作  11-12
第二章 光孤子通信及其传输方程  12-21
  2.1 光孤子的基本概念  12-13
    2.1.1 光孤子的引入  12
    2.1.2 光孤子通信的历史背景  12-13
  2.2 光纤传输方程及其孤子性能研究  13-16
    2.2.1 光纤基本传输方程  13-14
    2.2.2 薛定谔方程的孤子解  14-16
  2.3 光孤子通信系统的传输方案  16-18
  2.4 求解非线性薛定谔方程  18-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章 偏振模色散  21-28
  3.1 偏振模色散的基本概念  21
  3.2 光纤中的偏振模色散  21-25
    3.2.1 色散的成因  21-22
    3.2.2 光纤中的双折射效应  22-24
    3.2.3 模式耦合  24-25
    3.2.4 偏振模色散与光孤子自俘获效应  25
  3.3 考虑偏振模色散的光纤传输方程  25-27
  3.4 本章小结  27-28
第四章 光放大器及其性能比较  28-43
  4.1 掺铒光纤放大器 （EDFA）  28-30
    4.1.1 EDFA 的典型结构  28
    4.1.2 EDFA 增益特性  28-29
    4.1.3 EDFA 噪声特性  29-30
  4.2 相敏光放大器 （PSA）  30-35
    4.2.1 PSA 的工作原理  30
    4.2.2 PSA 的构成  30-32
    4.2.3 PSA 的放大特性  32-33
    4.2.4 PSA 的色散补偿特性  33-35
    4.2.5 PSA 和EDFA 的噪声比较  35
  4.3 孤子系统中PSA 和EDFA 补偿PMD 的性能比较  35-41
    4.3.1 输入信号  36
    4.3.2 平均孤子系统  36-40
    4.3.3 动态孤子系统  40-41
  4.4 本章小节  41-43
第五章 PSA 补偿孤子系统中PMD 的性能研究  43-57
  5.1 传输速率对系统性能的影响  43-45
    5.1.1 平均孤子系统  43-44
    5.1.2 动态孤子系统  44-45
  5.2 脉冲初始宽度对系统性能的影响  45-48
    5.2.1 平均孤子系统  45-46
    5.2.2 动态孤子系统  46-48
  5.3 色散参量对系统性能的影响  48-49
    5.3.1 平均孤子系统  48-49
    5.3.2 动态孤子系统  49
  5.4 放大器间距对系统性能的影响  49-52
    5.4.1 平均孤子系统  50-51
    5.4.2 动态孤子系统  51-52
  5.5 微调放大器增益对系统性能的影响  52-54
    5.5.1 平均孤子系统  52-53
    5.5.2 动态孤子系统  53-54
  5.6 泵浦光和信号光之间的相位漂移对系统性能的影响  54-55
    5.6.1 平均孤子系统  54
    5.6.2 动态孤子系统  54-55
  5.7 本章小节  55-57
第六章 总结  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信 > 光纤通信
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