色散高阶非线性效应双向色散管理孤子传输关键技术新型调制码型技术色散管理孤子技术新型无源光器件本章小结第三章双向色散管理孤子传输性能分析基于的信号传输理论分析高斯脉冲相位孤子间互作用基于的高速传输演化模型扰动条件下色散管理孤子的变分法分析导频滤波下色散管理孤子的变分法分析多扰动下双向色散管理孤子的变分法分析本章小结第四章双向色散管理孤子传输系统设计与仿真相干接受性能的仿真与分析仿真实现结果分析双向传输性能的仿真与分析仿真实现结果分析系统传输稳定性的仿真与分析仿真实现结果分析本章小结第五章总结与展望对论文的总结进步的工作参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文附录攻读硕士学位期间参加的科研项目万方数据致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论光纤是光导纤维的简称。光纤通信是种以光波为信息载体以光纤为传输介质的通信方式。年，华裔学者高锟教授发表了篇题为光频率介质纤维表面波导的论文，首次提出光导纤维可以应用于远距离大容量光通信，并描述了所需光导纤维的结构及其材料特性，因此获得诺贝尔奖，被誉为“光纤之父”。年，康宁玻璃公司率先研制成功损耗为的石英光纤，具有低损耗宽频带高速率低误码率与安全性好等特点，从而解决了光纤通信所需传输介质的问题。年，第个光纤通信系统成功问世，信息领域内掀起了场波澜壮阔的革命，以光纤通信为代表的信息技术极大地推动了信息化进程。目前为止，每根光纤的最大数据传输速率差不多平均每年翻番，比电子行业的摩尔定律每个月翻番还要快，但是随着日益增长的数据业务需求，通产物比单纤单向传输少很多，提高了系统的波长效率，但是将光信号放大以延长传输距离时，必须采用双向光纤放大器，这就存在着比较高的噪声及瑞利散射，应当采取措施来防止多径干扰。文献分析了单纤双向传输系统中反向瑞利散射的理论和偏振特性，采用偏振正交法对其进行了有效的抑制，但其精度要求不高，只对小信号系统比较适用。双向孤子通信的主要制约因素损耗功率传输损耗是光纤传输特性参数之。由于光纤中有损耗，在传输过程中光功率将随着传输距离的增加呈指数衰减其中和分别为光纤的输入和输出功率，为光纤长度，为光纤损耗常数，单位为。在工程和实际应用中，光纤损耗常表示为光纤损耗主要由光纤材料对光的本征吸收和光纤不完善性对光的散射损耗所构成。瑞利散射是种基本损耗，它是由于制造过程中沉积到熔石英钟随机密度变化引起的，它将导致折射率本身的起伏，使光向各个方向散射。瑞利散射损耗随变化，其对光纤来说本身固有的，且与工作波长紧密相关，因此它确定了光纤损耗的最终极限，其本征损耗据估计大致为式中，常数在范围内，其具体值与纤芯的组分有关。瑞利后向散射是种本征散射，其大小由制造光纤的物质和制造工艺所决定。制造光纤的物质在加热过程中产生热骚动，使原子得到不均匀的压缩性，造成物质密度不均匀或者内部压力不均匀，因而使物质折射率不均匀。这种不均匀与波长相比是小尺寸的，从而使光在传输过程中产生散射，其中部分散射的光沿光纤后向传输。理论和实践证明，反向瑞利散射的大小与光波长的四次方成反比，两者间关系如下万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章双向色散管理孤子传输理论式中，是反向瑞利散射衰减系数，是光波长，是纤芯折射率，是平均光弹性系数，是波尔兹曼常数，是物质的跃迁温度，是稳定压缩系数。该式表明，选择合适的物质或增大光波长都可以减小反向瑞利散射。在目前同波长单纤双向传输中，反向瑞利散射仍是限制传输距离的主要因素之。研究表明，器件端面反射光与反向传输光的干涉产生的噪声可以改善到小于而被忽略，但是反向瑞利散射与反向传输光的干涉产生的干涉瑞利噪声却不可避免，严重影响双向系统的传输性能，因此，有必要对双向传输系统中反向瑞利散射光的特性及其影响进行研究。经过国内外学者的多年研究总结，现阶段解决反向瑞利散射的方法主要有光源光谱展宽，偏振控制和波长移位技术。色散光纤色散是指构成光信号的电磁波各分量在光纤中具有不同传输速度的现象。对于单模光纤，两个正交偏振模群速度之间还存在着极其细微的区别。图是三种单模光纤典型色散图。图单模光纤典型色散图光纤的色散是限制光纤通信系统的个重要因素。如果信号是模拟信号，色散会限制其带宽如果信号为数字信号，则色散使光脉冲随传输距离增加而展宽，容易产生码间干扰，增大误码率，从而限制传输速率。此外，在高速传输系统还须考虑对系统的影响。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章双向色散管理孤子传输理论高阶非线性效应受激拉曼散射在多波长系统中，受激喇曼散射会使功率从短波长信道转移到长波长信道，间隔达到的信道间就会因为产生耦合，引起非线性损耗和功率代价，这影响将不可忽略。在单模光纤传输系统中，硅材质光纤的拉曼增益带宽约为，如果两信道的光波频率差落在喇曼增益的范围之内，会放大低频信号，使短波长信道对其他多个信道同时提供能量，减小了系统的信噪比，也形成了串扰。在波分复用系统中，为使每个信道产生功率代价为，必须满足式中，是信道总数，是每个信道的功率，是信道间隔。此外，双向传输系统中的影响与单向传输系统是等效的。为了避免，我们可以采用大有效面积光纤，降低纤芯功率密度，提高的阈值，适当设置入纤功率信道总数及信道带宽等参数，以此来降低对系统的影响。尽管在波分复用系统中，信道间的对系统是有害的，我们仍然可以利用对信号进行放大。受激布里渊散射在长距离光纤传输系统中，受激布里渊散射是当定程度的光入射到光纤中时引起所谓声子振动产生的非线性现象。与现象类似，的峰值增益很大，当信道间隔等于布里渊平移时，会有部分的高频信道的能量转移到低频信道中去，引起信道间串扰。因而在现行光纤通信系统中，效应已不容忽视。在系统中，由于信道间隔急剧减小，已成为引起信道串扰的重要因素，尤其是在两个信道的信号必须沿相反方向传输的系统中，产生反向传输的斯托克斯波，限制信道中的信号功率。另外，在双向传输系统中的影响与单向传输系统是等效的。为了避免，我们可以采用大有效面积光纤，降低纤芯功率密度，适当设置入纤功率信道总数及信道带宽等参数，以此来降低对系统的影响。孤子互作用在光通信系统中，孤子互作用尤其是交叉相位调制将严重影响系统的传输特性。现象是指光纤的非线性效应使得光纤折射率与瞬时光强有关，从而导致信道光的相位与其他信道的总功率相关。在使用标准单模光纤的波分复用系统中，可以通过增大信万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章双向色散管理孤子传输理论道间隔或降低信道功率来大幅度交叉相位调制的影响。对于运行在波段信道间隔的系统中，的作用可以忽略。般来讲，信道功率应满足以下关系其中，为光纤传输损耗，为光纤非线性系数，为信道数。双向色散管理孤子传输关键技术新型调制码型技术在研究高速通信系统的过程中，出现了多种先进调制码型技术，其传输性能参差不。是种新型的数字调制技术，它从传统的相移键控发展和改进而来，其优点在于高频谱利用率高接收灵敏度高色散及偏振模色散容限，在无中继的环境下能进行长距离传输。与，等其他主流调制编码格式的比较如下表表各种调制编码方式比较调制码型支持容限容限非线性容忍性是中否好是好是中是差因此，经提出立即受到学术界的广泛关注，成为了未来乃至更高速率传输系统的首选调制格式之，传输系统逐渐成为业界主要的选择，尤其是在近几年的会议及会议上来自各国的学者报道了大量有关的理论和实验工作。在国外，等人已采用的波分复用光纤系统设计出了无补偿的系统，最小信道间隔仅为。从名称上就可以看出是基于调制发展而来。可以表示为式中，。当时即是信号。之所以成为等高速传输系统的常用码型，最大的原因在于其相对于传统的强度调制来说将数字逻辑调制在相位变化上的方式减小了色散非万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章双向色散管理孤子传输理论线性等带来的系统损伤，而同时相对于来说提高了光谱效率。的相位变化可用下图表示右边为，其实质是将做了相位上的变化，但光谱效率样图及的星座图通过每的相位变化代表了个信息位，这相当于获得了每符号比特的信息量，光谱效率是的两倍。则比再次翻倍了光谱效率。的实质就是采用两路信号分别调制光载波的两个分量，再通过极化束耦合器将两路分量相加得到调制信号。尽管两路信号的频率相同，但由于他们的极性相差，因此不会互相影响。的相位变化如下图图的星座图图中可以清晰地看出个相位变化可以带来每符号比特的信息量。这样在现有的大量的光纤线路上就可以传输的信号。同时能获得与传统系统类似的噪声特性和相同的光损伤。的调制器结构示意如下图的调制器结构示意图万方数据单位代码密级公开硕士学位论文论文题目基于色散管理孤子的双向系统传输控制茅帅帅诸波副教授光学工程光纤通信与光波技术工学硕士学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相致。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要时代已经到来，光纤通信也随之面临着更高的要求。在密集波分复用系统中，双向传输是进步提升系统通信容量的方法之。色散管理孤子将正常色散和反常色散光纤交替连接，以便在光纤中传输中对光脉冲宽度和峰值功率进行周期性的展宽和压缩，具有优异的稳定性。新型调制格式双偏振正交相