強(qiáng)雙折射光纖中色散效應(yīng)對(duì)偏振模傳輸?shù)挠绊?/h1>

時(shí)間：2016-12-3閱讀：1396

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偏振復(fù)用技術(shù)1的基本思想是沿強(qiáng)雙折射光纖的兩個(gè)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(duì)脈沖偏振復(fù)用技術(shù)的影響2，3，一般恰當(dāng)?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(yīng)克服偏振模色散，使兩偏振脈沖在光纖中傳輸時(shí)相互吸引而形成束縛態(tài)，達(dá)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(fù)用技術(shù)就基于上述現(xiàn)象，在強(qiáng)雙折射光纖（具有保偏特性）中研究了二階色散三階色散對(duì)偏振脈沖能長(zhǎng)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(shí)，偏振脈沖能長(zhǎng)距離穩(wěn)定傳輸，但所需入射脈沖峰值功率較高，因而對(duì)光源要求也越高。當(dāng)選擇不同脈沖波長(zhǎng)，以降低二階色散對(duì)入纖功率的要求時(shí)，三階色散的作用將越來越明顯。研究發(fā)現(xiàn)，無論正負(fù)三階色散均對(duì)偏振模有破壞作用，而且三階色散參量越大，對(duì)偏振模的破壞也越大，因而三階色散不利于偏振模的長(zhǎng)距離傳輸。
1理論模型研究ps量級(jí)的光脈沖傳輸，若脈沖在線雙折射光纖零色散波長(zhǎng)附近傳輸，需要考慮三階色散。在負(fù)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(luò)（=x，y）。式子左邊第三、第四項(xiàng)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(yīng)（SPM）和交叉相位調(diào)制效應(yīng)（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(qiáng)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(duì)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(zhǎng)度，f為歸一化時(shí)間。
為研究方便，本文暫時(shí)不考慮損耗的影響。
實(shí)際上，脈沖損耗可從光纖放大器中得到補(bǔ)償。沿光纖的兩個(gè)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(duì)偏振模的影響化圖。實(shí)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(luò)，峰值功率在歸一化強(qiáng)度的1到1. 2處周期性振蕩。兩偏振脈沖盡管在時(shí)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(dāng)選取恰當(dāng)?shù)睦w長(zhǎng)，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(shí)現(xiàn)脈沖的偏振復(fù)用。強(qiáng)雙折射光纖能實(shí)現(xiàn)脈沖偏振復(fù)用的主要原因是，孤子利用光纖的非線性克服色散項(xiàng)的影響，其中兩偏振脈沖的強(qiáng)度誘發(fā)的SPM效應(yīng)與GVD相平衡，XPM效應(yīng)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(shí)二階色散系數(shù)比較大，因而要使脈沖以孤子包絡(luò)入射所需峰值功率較高。對(duì)于脈寬為10ps的基本孤子脈沖，所需入射峰值功率為100mW.對(duì)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(shí)現(xiàn)孤子偏振復(fù)用技術(shù)無疑對(duì)光源要求甚為苛刻。
22三階色散對(duì)偏振模的影響由于二階色散系數(shù)在波長(zhǎng)1.5少m處太大，導(dǎo)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?yàn)楣庠茨芰客ㄟ^耦合器進(jìn)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(duì)光源的要求。因?yàn)楣伦臃逯倒β收扔贗UI，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(gè)明顯的缺點(diǎn)，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(zhǎng)在零色散波長(zhǎng)附近，應(yīng)考慮三階色散的作用。就是零色散波長(zhǎng)附近考慮了三階色散效應(yīng)的影響，偏振脈沖傳輸50個(gè)歸一化距離的演化圖。此時(shí)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(shí)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(zhǎng)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。快孤子在傳輸中脈沖前沿分裂出一個(gè)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(duì)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(duì)慢軸偏振模有壓縮效應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨三階色散參量增大，三階色散對(duì)慢軸偏振模的壓縮效果越明顯而對(duì)快軸模式破壞越大。為三階色散參量更大（W=0.03）時(shí)偏振脈沖的演化圖。為進(jìn)一步研究三階色散效應(yīng)對(duì)偏振模長(zhǎng)距離傳輸?shù)挠绊懀衲鬏?00個(gè)歸一化距離強(qiáng)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(shí)，兩者峰值偏差懸殊。其中一個(gè)偏振模畸變厲害。圖中脈沖峰值的抖動(dòng)是由于兩偏振模傳輸時(shí)不斷耦合交換能量的結(jié)果。當(dāng)光纖三階色散為負(fù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)此時(shí)為快孤子模。也就是說，無論正負(fù)三階色散，均會(huì)破壞一個(gè)偏振模。這是因?yàn)椋伦拥碾p折射參量w的符號(hào)與二階色散系數(shù)符號(hào)相反（式（1）），正三階色散在一定程度上補(bǔ)償了偏振色散，使XPM效應(yīng)對(duì)慢孤子有較強(qiáng)的壓縮效果，但是對(duì)于快孤子，W的符號(hào)恰為三階色散符號(hào)，二者的聯(lián)合作用削弱了XPM效應(yīng)，從而使快孤子相對(duì)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(duì)稱，快軸偏振模耦合得到的能量少而被抑抑制。
對(duì)于長(zhǎng)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?yàn)樵诹闵⒉ㄩL(zhǎng)實(shí)現(xiàn)偏振復(fù)用的一大障礙，有必要研究對(duì)三階色散的抑制和補(bǔ)償問題，該方面的研究將另文報(bào)道。
3結(jié)論光脈沖的偏振復(fù)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(shí)具有的自捕獲現(xiàn)象來克服偏振模色散。實(shí)現(xiàn)光脈沖偏振復(fù)用在選用光纖上應(yīng)針對(duì)不同的實(shí)際情況具體問題具體解決。在強(qiáng)雙折射光纖中1.5m波長(zhǎng)處能很好地實(shí)現(xiàn)脈沖偏振復(fù)用。但是入射脈沖峰值功率甚高。當(dāng)選擇不同脈沖波長(zhǎng)來降低二階色散的影響時(shí)，以降低入纖脈沖功率的要求時(shí)，三階色散將對(duì)偏振脈沖的長(zhǎng)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(fù)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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