色散管理孤子系统中调制不稳定性的研究

文章从色散管理孤子(DMS)在光纤中传输满足的非线性薛定谔方程出发,推导出DMS系统中调制不稳定性(MI)增益谱的表达式,并给出了数值模拟结果.结果表明:色散管理图强度越强,对MI过程产生的增益的抑制作用越大;路径平均色散越大,抑制MI过程产生的增益越明显.     

高阶色散和五阶非线性下的交叉相位调制不稳定性

在同时考虑到光纤的二至四阶色散和三、五阶非线性的情况下,研究了四阶色散、五阶非线性以及入纤功率对双光束交叉相位调制(XPM)不稳定性的综合影响。研究表明,在高阶色散下,正负五阶非线性的存在仍然分别对交叉相位调制不稳定性起加强和削弱的作用;三阶色散对不稳定性增益谱无影响;当四阶和二阶色散系数同号时,四阶色散的存在导致交叉相位调制不稳定性增益谱出现一个新的远离零点的第二谱区,且该谱区由两个始终相连的小谱区组成;第一谱区的谱峰与第二谱区中靠近零点的小谱区的谱峰相当;随着其中一束光的入射功率的增加,两大谱区从分离到靠近再到合二为一,从三个谱峰过渡到两个谱峰;正(负)色散区的第二谱区中靠近(远离)零点的小谱区的谱峰和谱宽很小。在其他色散区时,不稳定性增益谱则只有第一或第二谱区。     

高阶色散下与扰动频率相关的调制不稳定性

对包含损耗、二至四阶色散下两光波扰动频率相等与不等的情况,分析了光纤不同色散区的交叉相位调制不稳定性条件和增益谱.结果表明:三阶色散对交叉相位调制不稳定条件和增益谱无影响,但对扰动的有效波数有贡献;四阶色散的存在,使得二、四阶色散皆同号时的不稳定性比只有二阶色散的情形多出了远离零点的额外谱区,随两扰动的频率大小关系不同,该额外谱区可能由紧挨的2个小谱区构成,也可能只是单一的谱区;增益谱两大区域的谱宽和峰值也会随两扰动频率的不同而发生变化;四阶色散的存在还使两光波的二阶色散异号时的不稳定性出现了远离零点的增益谱.     

色散缓变光纤中五阶非线性调制不稳定性

在三五阶非线性共存时,研究了有损耗单模光纤中基于两光波交叉相位调制的不稳定条件和增益谱.在色散缓变光纤正色散区,分析了五阶非线性系数、色散纵向变化参量以及两扰动的频率大小关系对交叉相位调制不稳定增益谱的影响.结果表明,在五阶非线性下,色散的纵向渐减仍有利于展宽调制不稳定增益谱;正五阶非线性可使增益谱的谱宽和谱峰值增大,并使谱峰位置远离主波频率,负五阶非线性的作用则相反;两扰动频率大小关系不同,色散纵向参量的变化对增益谱的谱峰大小和位置的影响也不同,五阶非线性对交叉相位调制不稳定性的加强或抑制程度也不同.     

五阶非线性色散缓变光纤负色散区的交叉相位调制非稳

推导了三、五阶非线性共存时有损耗单模色散缓变光纤中同偏振、不同波长的两光波的交叉相位调制不稳定条件和增益谱。在色散缓变光纤负色散区,详细分析了五阶非线性系数、色散纵向变化参量、两扰动的频率大小关系对交叉相位调制不稳定条件和增益谱的综合影响。结果表明,正、负五阶非线性分别对交叉相位调制不稳定性起加强和抑制的作用;两扰动频率大小关系不同,色散纵向参量的变化对调制不稳定增益谱的影响也不同;随参数的不同,增益谱存在有截止频率和无截止频率2种形状。     

高阶色散和饱和非线性下的交叉相位调制不稳定性

从光纤中包含饱和非线性和高阶色散的耦合非线性薛定谔方程组出发,采用线性稳定性分析法,研究了高阶色散和饱和非线性对双光束交叉相位调制不稳定性的综合影响.研究表明,当四阶和二阶色散系数同号时,调制不稳定性增益谱可能出现一个新的远离零点的第二谱区,且该谱区由两个始终相连的小谱区组成;第一谱区的谱峰与第二谱区中靠近零点的小谱区的谱峰相当;在其他色散区,增益谱只存在一个谱区.而饱和非线性的存在则使每个谱区的谱宽、峰值增益大小随入纤功率的增大呈现出先增大后减小的特点,即对每个谱区而言,将出现两个不同的输入功率对应同一个不稳定增益峰值和谱宽的情形.     

色散缓变光纤中交叉相位调制不稳定增益谱

从非线性薛定谔方程出发得到了色散缓变光纤中交叉相位调制(XPM)不稳定性的增益谱。结果表明,XPM产生的调制不稳定性既可以在光纤反常色散区产生,也可在正常色散区产生,反常色散区的增益谱宽比正常色散区宽,且色散缓变光纤中XPM不稳定增益谱宽比普通光纤中XPM不稳定增益谱宽宽,增益峰值高。色散缓变光纤是XPM调制不稳定性的较好色散介质。     

高阶效应下与扰动频率相关的调制不稳定性

为了探讨光纤中高阶效应下与扰动频率相关的交叉相位调制不稳定性条件和增益谱特点,从包含5阶非线性和4阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析,计算分析了两光波扰动频率不等时的不稳定性条件和增益谱。结果表明,当2阶、4阶色散同号时,增益谱有两种可能的形式,其中一种的谱范围包含了另一种的。被包含谱的不稳定条件与通常情况不同,且谱特性受色散和5阶非线性的影响小。随着某一扰动频率增大,增益谱的谱区数及变化规律将随两光波所处的光纤色散区的不同而不同。而正(负)5阶非线性可使谱峰增加(减小)、谱宽变宽(窄)。该研究对高重复率脉冲串产生具有一定意义。     

高阶色散下随入纤功率变化的不稳定性增益谱

为了探讨不同入纤功率下高阶色散对交叉相位调制不稳定性增益谱的影响,从光纤中包含高阶色散的耦合非线性薛定谔方程出发,采用线性稳定性分析法,分二阶、四阶色散系数同号、异号和二阶色散系数为0等几种情形,计算了双光束的交叉相位调制不稳定性增益谱随入纤光功率的变化规律,并对各种谱特性的产生机制作了分析。结果表明,当二阶、四阶色散系数同号时,随着入纤功率的增大,增益谱由开始的两个分离谱区逐渐变宽并合成1个谱区;当二阶、四阶色散系数异号和二阶色散系数为0时,增益谱只有靠近零点的第1谱区,且谱宽和谱峰随着入纤功率的增大而增大。此研究对高重复率的超短光脉冲串的产生有一定的理论指导意义。     

双折射色散阶跃光纤中太赫兹脉冲的提取

根据光脉冲在双折射色散阶跃光纤中调制不稳定性,研究了双折射色散阶跃光纤中调制不稳定性增益谱随传输距离的变化关系.结果表明:在弱双折射色散阶跃光纤和强双折射色散阶跃光纤中,利用调制不稳定性增益谱随传输距离的变化关系可分离和提取THz脉冲.     

光孤子在分布式光纤放大器中传输特性的研究

光纤放大器用于补偿光信号在光纤中的传输损耗,是全光通信网中的核心器件。建立了光孤子在分布式光纤放大器中传输的物理模型,采用分步傅里叶变换法数值模拟了光孤子的传输放大特性,讨论了增益色散对光孤子形状和频谱的影响。结果表明：在放大器的反常色散区,随着光孤子的放大,会不断地产生啁啾孤子,孤子频谱会加宽并且产生振荡结构。放大介质的增益色散将会使光孤子幅度下降,宽度展宽,频谱窄化。因此,光纤放大器的色散、非线性效应和增益色散均会对光孤子的传输特性产生影响。     

色散管理孤子系统中时间抖动性能的分析

研究了色散管理孤子(DMS)系统中影响时间抖动性能的各个因素。理论分析得出：色散管理(DM)的累积色散、附加累积色散和DM强度是影响时间抖动的重要因素,降低路径平均色散和增大DM强度均能减小时间抖动;附加累积色散对系统时间抖动影响较大,当它等于传输总累积色散量的1／2时,时间抖动最小。数值计算的结果验证了理论分析的正确性,得出的结论对DMS系统中时间抖动性能的改善有一定的帮助。     

色散控制孤子系统中光纤偏振模色散的滤波控制

本文研究高速OTDM色散控制孤子系统偏振模色散的影响及其滤波控制.首先建立了同时考虑偏振模色散和滤波控制时的DMS传输方程,其次采用变分法给出了滤波控制常双折射光纤中DMS传输方程的变分解,求得了DMS的特征参数的传输演化规律,然后研究了滤波控制随机双折射光纤中DMS传输稳定性问题及其定时抖动规律.最后基于变分所得定时抖动公式,分析了三种不同系统的定时抖动,显示了DMS系统中用滤波器抑制PMD时,对高速光孤子通信性能的影响是非常有效的.     

Comparison of nonlinear pulse interactions in 160-Gb/s quasi-linear and dispersion managed soliton systems

The understanding and development of 160-Gb/s transmission systems requires the study of the impact of different dispersion compensation schemes on pulse propagation in nonlinear fiber. In this paper, we present an investigation of 160-Gb/s optical transmission systems, focusing on optimal propagation regimes, and in particular, we analyze different transmission limitations and dominant nonlinear effects by comparing quasi-linear and dispersion managed soliton systems. Two quasi-linear systems, one using nonzero dispersion-shifted fiber (NZDSF) and the other single-mode fiber (SMF), and one short-period (1 km) dispersion managed soliton (DMS) system are studied, both for single-channel and wavelength-division-multiplexed (WDM) transmission. First, the performance of the two quasi-linear systems in single-channel transmission are compared and it is shown that the NZDSF and SMF systems allow similar error-free transmission distances with only small differences in the intrachannel four-wave mixing (IFWM) induced amplitude jitter. The effect of pulsewidth on transmission performance in this regime was investigated and the use of shorter pulses was found to result in lower amplitude jitter. We analyzed the behavior of the DMS system and showed that the reduced pulse broadening during transmission allowed a significantly longer single-channel transmission distance with a smaller impact of nonlinearities compared to quasi-linear propagation. The sensitivity of the DMS system performance to statistical fluctuations in the fiber dispersion was studied and the results show the level of accuracy in the dispersion management map which must be ensured in these systems. Finally, the performance of the DMS in WDM transmission was investigated and it was found that it was subject to very large penalties increasing the minimum channel spacing possible because of the strong impact of interchannel cross-phase modulation (XPM).     

Dispersion tolerance and transmission distance of a 40-Gb/sdispersion management soliton transmission system

We investigate the tolerance of the variation of average dispersion in a 40-Gb/s dispersion-managed soliton (DMS) transmission system. It is theoretically shown that dispersion tolerance is governed by pulse broadening and soliton interaction, and that the largest dispersion tolerance can be achieved by optimizing the pulse energy depending on the transmission distance. We construct a 40-Gb/s recirculating loop transmission system and show that the dispersion tolerance of over 180 ps/nm, which is much larger than that of a linear nonreturn-to-zero (NRZ) format system, can be realized by the optimization of the pulse energy at a transmission distance of more than 1000 km     

色散管理孤子的研究

对常规色散管理孤子系统(DMS)、密集色散管理孤子系统(DDMS)、色散渐减光纤(DDF)孤子系统进行了数值模拟研究和分析。对三种系统的特点进行了比较分析,并对它们的适用范围给出了一个系统的论证.     

The Micro-Theory of Ultra-Short Pulse Propagating in Nonlinear Fiber

The modified quantum nonlinear Schrodinger equation of ultra-short pulse propagating in fiber is derived using dispersion relation and the Hamiltonian of the transmission system. The derived equation is solved with linearization approximation, and modulation instability is analyzed. The equation is also solved with Hartree approximation. The results indicate that pulse power, loss and self-steeping effect change the critical frequency, the maximum gain and the gain spectrum range, but the third order dispersion has no effect on modulation instability. The expectation value of optical field is average of a set of modified classical solitons, and higher order terms change the amplitude, pulse position and phase of soliton.     

预啁啾对偏复用孤子技术的补偿

在导出自相位调制和交叉相位调制共同作用所致相位调制频率啁啾的基础上,数值研究了相位调制频率啁啾与初始啁啾的关系,并对有和无初始啁啾40Gbit/s归零码(RZ)在二阶和三阶色散完全补偿(路径平均色散为0)的色散管理偏振复用孤子传输系统中的传输效果进行计算。结果表明,在输入功率达到一定值时,初始啁啾参量C对相位调制频率啁啾的作用,决定着系统偏振复用孤子技术的成效及传输性能,适当选取初始啁啾参量C能够有效抑制偏振模色散,提高孤子脉冲稳定传输距离。     

色散随机变化对暗孤子传输系统时间抖动的影响及抑制

运用守恒量扰动法，研究了色散随机变化对暗孤子传输系统的影响。结果表明：色散随机变化增大了暗孤子到达检测窗口的时间抖动方差而降低了暗孤子传输系统的容量。引入非线性增益可以有效地抑制色散随机变化对暗孤子到达时间抖动的影响。