光纤长距离通信中的孤子传输

Mehul G.Patel¹， S. B.坎特²

帕特尔理工学院ECE系研究生[SP&C]纳加尔,印度古吉拉特邦
印度古吉拉特邦纳加尔市帕特尔理工学院欧洲经委会系助理教授

摘要

通过光纤实现数千公里超高速光传输的多兆位/秒正在成为现实。群速度色散(GVD)严重限制了光通信系统的信息承载能力。通过选择合适的脉冲形状，利用自相位调制(SPM)平衡GVD效应，产生高稳定的光脉冲，即孤子。孤子在通信系统中的应用为超高速信息高速公路开辟了道路。在孤子通信系统中，光放大器与波分复用相结合，可以实现Tbit/s级的传输速度。利用OptSim软件对N=1阶和N=3阶孤子进行了仿真。

关键字

色散，GVD，孤子脉冲，SPM。

介绍

交流的需要是人类一直以来的需要。为了交流，需要一些通道。光纤是众多通信渠道中的一种。光纤是超纯玻璃或塑料制成的细长线，可以将光从一端传输到另一端，而不会有太多衰减或损耗。光纤系统使用人眼不可见的红外光进行传输，因为红外光在这些波长的光纤中传播得更远。图2显示了光纤通信使用的窗口。

光纤通信的优点

长距离传输，由于衰减低(0.2 db/km量级)，从而减少了中继器的数量(成本和复杂性)。

更宽的带宽带来更大的信息容量。

体积小，重量轻，易于安装。

由于电介质材料，不受电干扰。

增强安全性，因为他们没有接地回路火花等。然而，激光会伤害眼睛。

提高信号安全性，因为光信号被很好地限制在光纤内。

与铜相比成本较低(因为玻璃是由沙子制成的。用来制作的原材料是免费的....)

零转售价值(因此偷窃更少)

光纤通信的缺点

OFC很脆弱，所以必须小心处理。

通信并不完全在光领域，因此需要反复的电-光-电转换。

光放大器、分配器、MUX-DEMUX仍处于开发阶段。

色散现象

色散代表了一类与电磁波的速度取决于波长这一事实有关的广泛现象。在电信技术中，色散一词用来描述由于色散现象导致电磁波所携带的信号在光纤中传播而降级的过程。发生这种退化是因为具有不同频率的辐射的不同成分以不同的速度传播。

色散类型包括

1.模式色散

2.色散

波导色散(光学)

材料色散。(群速度，群速度色散GVD)

偏振色散

在高比特率和长距离光通信系统中，色散现象是一个难题。解决这个问题的一个简单方法是光学孤子——一种在远距离内保持其形状的脉冲。基于孤子的光通信系统利用光放大器可以实现几千公里的超远传输，具有巨大的信息承载能力。孤子在通信系统中的应用为超高速信息高速公路[3]开辟了道路。在孤子通信系统中，光放大器与波分复用相结合，可实现T比特/秒级的传输速度。

孤子传输

孤子[6-10]一词是指一种特殊类型的波，它可以在长距离内不失真地传播，并且在相互碰撞后不受影响。

通常，当一个脉冲被指定为代表“1”位数时，格式称为RZ(返回零)。

另一方面，当一个“1”序列出现时，如果连接了两个(或更多)脉冲，则该格式称为NRZ(不归零)。

此外，如果' 1 '脉冲允许有两种相相反的脉冲类型;这种格式称为双二进制格式。

孤子格式主要使用一个孤子表示“1”位数

这些格式如下所示。

信息传输

数字位流可以由两种不同的调制格式产生，即非归零(NRZ)和归零(RZ)。孤子的NLS方程的解只有在个别脉冲分离良好时才成立。这可以通过将孤子宽度保持在比特槽的一小部分来确保。为了实现这一点，当孤子被用作信息位时，必须使用RZ格式(图5)而不是NRZ格式。

比特率B与比特槽宽度TB的关系为

光纤中的孤子

本例的目的是演示孤子脉冲在光纤中的传播。光纤中孤子的存在是由以GVD(群速度色散)系数β2为特征的光纤色散引起的啁啾和以SPM(自相位调制)系数γ为特征的光纤非线性引起的啁啾平衡的结果。解析孤子是描述脉冲在光纤中传播的非线性薛定谔方程的解，可导出为[5]:

生成孤子的布局如图6所示。它由脉冲发生器(锁模激光器)、单模无损光纤、波形和频谱分析仪组成。假设光纤是无损的，以证明理想的孤子传播。

模拟及结果

图6为基本孤子N=1的布局图，其简化方框图如图7所示。仿真是在OptSim软件中完成的。给定n2=2.6e-20 m2/W, Aeff=60 um2， λ=1550 nm - γ=1.75e-3 1/m/W。将光纤长度设置为一个孤子周期，给定参数Z0= 27.525 km。初始脉冲形状为secm, FWHM脉宽为33ps, T0=18.7 ps，基本孤子脉冲功率为32.7 mW，三阶孤子脉冲功率为293.4 mW。图8 - 12显示了N=1时光纤中孤子脉冲沿一个孤子周期的时域和频域演化;图14 - 18显示了N=3时光纤中孤子脉冲沿一个孤子周期的时域和频域演化。通过对输入输出图的比较，我们可以得出，在27.525Km距离后，孤子脉冲的形状完全相同。

结论

基于孤子的光纤通信系统具有较高的信息承载能力和较少的中继器传输，更适合长距离通信。孤子脉冲在远距离通信后不受(色散)影响。通过对基本孤子(N=1和3)的布局结果的检验，可以得出在经过27.525Km的距离后，孤子脉冲的形状基本相似。当N=3时，源峰值功率比N=1时增加。

确认

作者在此向s.b.教授表示感谢。感谢帕特尔理工学院(ad . Patel institute)的khant教授的激励、有用的指导、鼓励和指导，我也要感谢v.k. thakar博士(HOD)为我们提供的实验室设施和OptSim软件支持。

参考文献

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http://hank.uoregon.edu。
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Opsim-appnotes.pdf。
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