四阶色散与五阶非线性效应对超长跨距光传输系统性能的影响分析

发布时间：2020-05-02 21:00

【摘要】：随着光纤通信技术的迅猛发展,大容量超长跨距光传输系统获得越来越多的应用。然而,超长跨距光纤链路工程系统中传输的高速光脉冲,会产生沿线功率抖动、误码率降低等问题,传统的光传输理论难以解释这些现象。本文从包含四阶色散、五阶非线性效应的薛定谔方程出发,研制光传输仿真软件,仿真分析了四阶色散与五阶非线性效应对超长跨距光传输系统性能的影响。本文首先从非线性光学理论、麦克斯韦方程组出发,建立了综合考虑四阶色散和三、五阶非线性的光传输方程;分析了五阶非线性自相位、交叉相位调制现象;根据标量光散射理论,讨论了自发光散射和受激光散射效应;给出了三、五阶非线性效应同时存在时考虑受激散射影响的光传输方程。接着,本文基于以上光传输方程,提出了光传输分析软件整体框架和流程,对考虑脉冲内拉曼散射的光传输方程进行离散化处理,采用对称分步傅里叶法求解,研制了光传输分析软件。基于该软件,实现了单模光纤内光信号长距离传输的仿真分析,对仿真结果进行了验证,分析了误差来源。然后,本文分析了五阶非线性效应对光纤链路中传输单脉冲、脉冲序列的影响,发现单模光纤中五阶非线性系数、入纤功率和传输距离等因素对五阶非线性效应影响较大。通过场发射扫描电镜实验和X射线衍射实验,得到G.652D和G.657A2光纤芯棒表面形貌、原子组成等信息,为进一步探索光纤纤芯中导致五阶非线性效应的物理起因提供了可行的方法。最后,本文研究了五阶非线性效应对前向拉曼放大系统的影响,发现五阶非线性效应随着泵浦功率的增大而增强,泵浦功率一定时,给出了系统的极限传输距离。研究了一阶双向拉曼放大器的优化配置,讨论了合理的泵浦波长和泵浦功率范围,比较了多波长均衡泵浦的系统性能。研究了四种不同配置的二阶拉曼放大器,给出了系统的极限传输距离并分析了该系统的性能参数。
【图文】：

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图 1.2 综合使用光学补偿和数字电路补偿的传输系统[7]。Coherent detection with polarizationdiversity：偏振多样性的相干检测，ADC：模拟数字转换，DSP based CD Equalization：基于数字信号处理的色散均衡。随着传输速率的提高，需分别研究光学、数字电路色散补偿技术对高速光信号传输性能的影响。2012 年，BSG Pillai 等人研究了波分复用传输系统中数字电路补偿与基于光纤的补偿之间的能量损耗[7]，传输系统的结构如图 1.2 所示。结果表明，数字电路补偿与传统的光学补偿的效率相差不大，其大小依赖于波分复用信道的数目以及用于补偿DCF 损耗器件的功率。图 1.3 直接探测系统示意图[8]。Tx DSP：发送端数字信号处理，Rx DSP：接收端数字信号处理，CD：色度色散，Mod DSP：调制数字信号处理，DeMod DSP：解调数字信号处理，E/OConversion：电光转换，O/E Conversion：光电转换。与传统色散补偿方案相似，数字电路补偿模块可放置在发射端和接收端。2017 年，

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第一章绪论图 1.2 综合使用光学补偿和数字电路补偿的传输系统[7]。Coherent detection with polarizationdiversity：偏振多样性的相干检测，ADC：模拟数字转换，DSP based CD Equalization：基于数字信号处理的色散均衡。随着传输速率的提高，需分别研究光学、数字电路色散补偿技术对高速光信号传输性能的影响。2012 年，BSG Pillai 等人研究了波分复用传输系统中数字电路补偿与基于光纤的补偿之间的能量损耗[7]，，传输系统的结构如图 1.2 所示。结果表明，数字电路补偿与传统的光学补偿的效率相差不大，其大小依赖于波分复用信道的数目以及用于补偿DCF 损耗器件的功率。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.11

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