強雙折射光纖中色散效應對偏振模傳輸?shù)挠绊?/h1>

時間：2016-12-3閱讀：1300

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偏振復用技術(shù)1的基本思想是沿強雙折射光纖的兩個正交偏振主軸入射光脈沖，在單信道碼率不變的情況下，將傳輸?shù)男畔⑷萘考右槐丁?br />鑒于偏振模色散對脈沖偏振復用技術(shù)的影響2，3，一般恰當?shù)剡x擇脈沖能量和雙折射系數(shù)，利用交叉相位調(diào)制效應克服偏振模色散，使兩偏振脈沖在光纖中傳輸時相互吸引而形成束縛態(tài)，達到兩偏振脈沖互不走離地穩(wěn)定傳輸。這就是孤子自陷獲現(xiàn)象（self-trapping）4.本文所米用的偏振復用技術(shù)就基于上述現(xiàn)象，在強雙折射光纖（具有保偏特性）中研究了二階色散三階色散對偏振脈沖能長距離傳輸特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，只有二階色散的影響時，偏振脈沖能長距離穩(wěn)定傳輸，但所需入射脈沖峰值功率較高，因而對光源要求也越高。當選擇不同脈沖波長，以降低二階色散對入纖功率的要求時，三階色散的作用將越來越明顯。研究發(fā)現(xiàn)，無論正負三階色散均對偏振模有破壞作用，而且三階色散參量越大，對偏振模的破壞也越大，因而三階色散不利于偏振模的長距離傳輸。
1理論模型研究ps量級的光脈沖傳輸，若脈沖在線雙折射光纖零色散波長附近傳輸，需要考慮三階色散。在負色散區(qū)，耦合非線性薛定諤（NLS）方程為5W iTT 1TTfA- T為兩偏振方向脈沖群速度的倒數(shù)。A表示軸偏振分量脈沖包絡（=x，y）。式子左邊第三、第四項代表二階色散和三階色散。U和T表示二階色散（GVD）三階色散系數(shù)。式子右邊分別代表自相位調(diào)制效應（SPM）和交叉相位調(diào)制效應（XPM）。T為光纖損耗系數(shù)，V為非線性系數(shù)。
為便于數(shù)值求解，作以下歸一化變換u，Ay=P0v，z/LdT0為入射脈沖初始半寬度（1/e強度處脈寬），P0為入射脈沖初始功率，Ld=（T2）為色散距離。
得到歸一化方程為）1/2，整數(shù)N的物理意義表示為孤子階數(shù)，本文主要研究基本孤子，所以N= 1.對于基本孤子脈沖所需入纖功率為P0=IUl/Vr2.r=TLd/2為損耗參量。為歸一化長度，f為歸一化時間。
為研究方便，本文暫時不考慮損耗的影響。
實際上，脈沖損耗可從光纖放大器中得到補償。沿光纖的兩個偏振主軸上同步輸入基本孤子脈沖，其中u為慢孤子，v為快孤子。
2數(shù)值模擬與分析2.1二階色散對偏振模的影響化圖。實線為慢孤子，虛線為快孤子。從可以清楚地看到，兩偏振脈沖在傳輸中同步地保持著相同峰值功率和脈沖包絡，峰值功率在歸一化強度的1到1. 2處周期性振蕩。兩偏振脈沖盡管在時域上沒*重合，但是它們總保持著脈沖交疊，不走離地傳輸著。當選取恰當?shù)睦w長，兩偏振脈沖將*重合。如在歸一化距離為40處，兩偏振脈沖*重疊，在此處作為終端，即可實現(xiàn)脈沖的偏振復用。強雙折射光纖能實現(xiàn)脈沖偏振復用的主要原因是，孤子利用光纖的非線性克服色散項的影響，其中兩偏振脈沖的強度誘發(fā)的SPM效應與GVD相平衡，XPM效應與偏振模色散（PMD）相平衡，使脈沖能穩(wěn)定傳輸。
但是由于此時二階色散系數(shù)比較大，因而要使脈沖以孤子包絡入射所需峰值功率較高。對于脈寬為10ps的基本孤子脈沖，所需入射峰值功率為100mW.對于一般光通信中入纖光功率典型值為1~10mW來說，在常規(guī)光纖中實現(xiàn)孤子偏振復用技術(shù)無疑對光源要求甚為苛刻。
22三階色散對偏振模的影響由于二階色散系數(shù)在波長1.5少m處太大，導致脈沖入射峰值較高，峰值較高的脈沖入射能量要求光源的輸出峰值更高，因為光源能量通過耦合器進入光纖損耗很大，因而有必要采取一些方法來降低二階色散的影響。若采用降低IUI的方法，在一定程度上可以降低對光源的要求。因為孤子峰值功率正比于IUI，減少IUI就等于降低孤子所需的峰值功率。但是這種方法有一個明顯的缺點，即隨IUI的減少，三階色散的作用變得越來越明顯。若入射脈沖波長在零色散波長附近，應考慮三階色散的作用。就是零色散波長附近考慮了三階色散效應的影響，偏振脈沖傳輸50個歸一化距離的演化圖。此時三階色散參量為W= 0.02，偏振脈沖脈寬為1ps.從圖中可以清晰看到，兩偏振模不再同等激發(fā)。慢孤子（實線）的峰值功率明顯高于快孤子（虛線）的峰值功階色散成率。并且模擬更長距離的傳輸演化，發(fā)現(xiàn)快孤子峰值功率將大約降至慢孤子峰值功率的一半?？旃伦釉趥鬏斨忻}沖前沿分裂出一個小峰，說明三階色散使快孤子在傳輸過程中有色散波輻射。對比2，很清晰地看到，的慢孤子峰值比的慢孤子高，三階色散對慢軸偏振模有壓縮效應。進一步研究發(fā)現(xiàn)，隨三階色散參量增大，三階色散對慢軸偏振模的壓縮效果越明顯而對快軸模式破壞越大。為三階色散參量更大（W=0.03）時偏振脈沖的演化圖。為進一步研究三階色散效應對偏振模長距離傳輸?shù)挠绊懀衲鬏?00個歸一化距離強度與傳輸距離的關(guān)系圖。
從圖中可以清晰看到偏振模在趨于穩(wěn)定的同時，兩者峰值偏差懸殊。其中一個偏振?；儏柡?。圖中脈沖峰值的抖動是由于兩偏振模傳輸時不斷耦合交換能量的結(jié)果。當光纖三階色散為負時，發(fā)現(xiàn)此時為快孤子模。也就是說，無論正負三階色散，均會破壞一個偏振模。這是因為，慢孤子的雙折射參量w的符號與二階色散系數(shù)符號相反（式（1）），正三階色散在一定程度上補償了偏振色散，使XPM效應對慢孤子有較強的壓縮效果，但是對于快孤子，W的符號恰為三階色散符號，二者的聯(lián)合作用削弱了XPM效應，從而使快孤子相對于慢孤子耦合得到的能量較小。
快慢軸偏振模在傳輸中因耦合得到的能量不同而使兩模不對稱，快軸偏振模耦合得到的能量少而被抑抑制。
對于長距離通信來說，都希望兩偏振模能同等激發(fā)，并且在傳輸過程中兩偏振模比較穩(wěn)定而沾罄w量潘。，因為在零色散波長實現(xiàn)偏振復用的一大障礙，有必要研究對三階色散的抑制和補償問題，該方面的研究將另文報道。
3結(jié)論光脈沖的偏振復用能在單信道碼率不變的情況下提高通信容量，并且利用光孤子在兩偏振軸傳輸時具有的自捕獲現(xiàn)象來克服偏振模色散。實現(xiàn)光脈沖偏振復用在選用光纖上應針對不同的實際情況具體問題具體解決。在強雙折射光纖中1.5m波長處能很好地實現(xiàn)脈沖偏振復用。但是入射脈沖峰值功率甚高。當選擇不同脈沖波長來降低二階色散的影響時，以降低入纖脈沖功率的要求時，三階色散將對偏振脈沖的長距離傳輸產(chǎn)生破壞作用。研究發(fā)現(xiàn)，正三階色散破壞快軸偏振模，負三階色散破壞慢軸偏振模。而且隨著三階色散參量的大，破壞作用越明顯。

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