多模光纤中非线性信号传播的仿真与计算

发布时间：2021-04-04 02:32

　　现代互联世界是围绕单模光纤网络构建的。如今,单模光纤带宽已经接近了香农定理的极限,即今天的单模光纤系统将无法满足日益增长的需求,而解决这种带宽危机的一个有效方案就是采多模光纤。首先,对于多模光纤而言,由于模式间的非线性作用比较复杂,所以对其的数值模拟非常具有挑战性。基于此,本论文针对多模光纤非线性信号的传播效果,数值精度求解做出仿真实验。其次,传统的光纤系统都是在CPU上进行仿真计算,效率非常低下,本论文针对此部分,设计了基于GPU的计算,加快了多模光纤传统系统的仿真过程。本次论文工作的主要内容有:（1）将相互绘景作用中的四阶龙格库塔法（RK4IP）应用于多模光纤的非线性薛定谔方程的数值解析,并基于此算法,仿真了光脉冲在光纤中的传输。（2）在计算性能方面,为了更好的表现出RK4IP的效果,结合了通用的SSFM-RK4数值算法,仿真出两者在步长和精度的效果图。确定了RK4IP在精度计算上的优势。在分析误差精度时,提出了三种求解多模光纤非线性传输方程的误差估计准则-max,sum,ave准则。结果表明三种准则下的曲线图均满足算法精度要求。（3）采用CUDA编程模型,基于GPU进行加速计算。... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

一l多模光纤结构116]

１）、ＬＰ０２（模式２）、ＬＰ０３（模式３）。每个模式中的脉冲由于群速度色散而展宽，并??且每个模式中的脉冲在时间上远离基本ＬＰ０１模式中的脉冲。??多模光纤的本征模是一组正交电磁场模式（图２－丨）。每种模式都有不同的传??播常数，传播常数的大小决定了该模式下电磁场的相速度。当然也有可能存在准??退化模式的组，例如ＬＰｌｌａ和ＬＰｌｌｂ，它们的传播常数非常接近，几乎相等。在??考虑模式间如何相互作用时，可以参考单个模式《＜＃。在大多数光纤中，最大和??最小折射率之间的差异很小，因此光纤的本征模沿着与光纤轴（ｚ）正交的轴（ｘ，ｙ）偏??振。在这种情况下，通常将光纤的模式写为“线性偏振”?ＬＰ模式，它可以被视为??具有两个偏振之一的准标量场。??１５??

?（３－２３）??ｒ?ｒ，??式中，厂士是两个可调参数。当ｒ，?＝１２．２ｆｓ，?ｒ２?＝３２ｆｓ时，为图３－２中点??线所示。??３．３．２多模光纤中线性传播的仿真??仿真高斯脉冲在渐变折射率多模光纤中的传输，设置纤芯半径为２５ｕｍ，纤芯??包层折射率差为０．０１３７，中心波长１５５０ｎｍ，利用Ｓｅｌｌｍｅｙｅｒ公式计算光纤折射率分??布。本次仿真实验采用的多模光纤折射率分布如图３－３所示，曲线呈现出抛物线形??状。??１．４６??．???１．４５５?－??／?＼??东?１．４５?－?／?＼?．??１?４４５?；?／?＼?；??１．４４??＇???－５０?０?５０??纤芯半径／ｕｍ??图３－３渐变型多模光纤折射率分布??Ｆｉｇｕｒｅ?３－３?Ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ?ｆｉｂｅｒ?ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??２９??

【参考文献】：
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本文编号：3117566