高阶色散对光脉冲传输的影响.pdf

http:/-1-高阶色散对光脉冲传输的影响高阶色散对光脉冲传输的影响 孔祥泽 北京邮电大学电信工程学院，北京（100876）E-mail： 摘摘 要：要：本文在入射光波长为零色散波长的情况下，研究了无初始啁啾高斯脉冲、带有初始啁啾高斯脉冲、无初始啁啾超高斯脉冲和带有初始啁啾的超高斯脉冲在单模光纤中的传输特性。数值仿真的结果表明，三阶色散项使脉冲波形偏向一侧，并形成拖尾振荡。超高斯脉冲与高斯脉冲有所不同，峰值强度经历了上升下降的阶段，拖尾振荡在初始阶段经历了增强减弱再增强的过程。啁啾使脉冲波形变化加剧。关键词：关键词：高斯脉冲；超高斯脉冲；三阶色散项；啁啾 1.引言引言 光纤色散导致光脉冲在光纤传输中展宽，限制了光脉冲无中继传输距离并降低了系统传输速率。一般情况下二阶色散项（2）对脉冲展宽起主要作用，但当输入波长在光纤零色散波长附近，即20时，则三阶色散项（3）对脉冲展宽的影响很大。对脉宽01Tps的超高斯脉冲时，没有解析解，可对其进行数值求解。下面分四种情况进行讨论：1）入射脉冲为无初始啁啾的高斯脉冲，即1m=，0C=时。为突出三阶色散项对光脉冲的影响，假设光波长等于零色散波长，即220 pskm=。取01Tps=，330.1pskm=，三阶色散长度为 10km。可作脉冲演化图如下：-5-4-3-2-101234500.10.20.30.40.50.60.70.80.91Guss Pulse C=0T/T0U（z,T）2z=0kmz=2kmz=5km z=10kmz=30km图 1 无初始啁啾的高斯脉冲演化图 由图 1 可看出三阶色散项引起脉冲形状畸变，波形中心偏向一侧，形成拖尾振荡结构。随着传输距离的增加，高斯脉冲的峰值强度单调下降，拖尾振荡随着传输距离的增加呈单调递增。2）入射脉冲为带有初始啁啾的高斯脉冲 取1m=，01Tps=，330.1pskm=，C分别取 2、2、4、4。http:/-3-50500.20.40.60.81Guss Pulse C=2T/T0U（z,T）2-50500.20.40.60.81Guss Pulse C=-2T/T0U（z,T）2-50500.20.40.60.81Guss Pulse C=4T/T0U（z,T）2-50500.20.40.60.81Guss Pulse C=-4T/T0U（z,T）2z=0z=2z=5z=10z=30图 2 带有初始啁啾的高斯脉冲演化图 由图 2 可看出初始啁啾的存在使波形变化比无初始啁啾时更剧烈，而且随着初始啁啾的增强，波形的拖尾振荡越剧烈。还可看出正负啁啾都会加剧波形振荡，且啁啾绝对值相等，波形的演变也基本相同。3）入射脉冲为无初始啁啾的超高斯脉冲（1m）分别取2m=，0C=，01Tps=，330.1pskm=和3m=，0C=，01Tps=，330.1pskm=。http:/-4-5-4-3-2-101234500.20.40.60.81C=0,m=2T/T0U（z,T）2-5-4-3-2-101234500.20.40.60.81C=0,m=3T/T0U（z,T）2z=0z=2z=5z=10z=30图 3 无初始啁啾的超高斯脉冲演化图 由图 3 可看出超高斯脉冲的峰值强度随着传输距离的增加先增大，达到一极大值后呈单调下降趋势。还可看出与高斯脉冲不同的一个现象，脉冲传输 5km 时的拖尾振荡幅度比 2km 时要小，然后随着距离的增大振荡幅度又逐渐增大。说明超高斯脉冲传输形成的拖尾振荡随着距离的增大并非单调增强，而是经历了开始阶段增强，然后减弱，再单调增强的过程。从的仿真图中可更清楚的看到，说明随着m的增大这种现象越明显。经查资料2了解到这种现象是由于入射脉冲的频谱不同造成的。高斯脉冲的频谱的分布仍为高斯形，对成两侧成单调递减，由此导致的拖尾振荡也是单调增强。超高斯脉冲则不同，由于具有陡峭的上下沿和较为平坦的顶部，其频谱具有很强的次级峰，正是由于这些次级峰的存在导致了脉冲传输过程中振荡经历了增强减弱再增强的过程。而且随着m值的增加，超高斯脉冲频谱中的次级峰能量会增加，振荡的这种变化也会更显著。4）入射脉冲为带有初始啁啾的超高斯脉冲（1m）分别取2m=，2C=，01Tps=，330.1pskm=和3m=，2C=，01Tps=，330.1pskm=。http:/-5-5-4-3-2-101234500.20.40.60.81C=0,m=2T/T0U（z,T）2-5-4-3-2-101234500.20.40.60.81C=0,m=3T/T0U（z,T）2z=0z=2z=5z=10z=30图 4 带有初始啁啾的超高斯脉冲演化图 由图 4 可看出初始啁啾加剧了波形变化。3.结论结论 从以上的分析并结合无初始啁啾和带有初始啁啾的高斯脉冲、超高斯脉冲的传输仿真图，可得出结论：三阶色散项使脉冲波形偏向一侧，并形成拖尾振荡。高斯脉冲随着传输距离的增大，脉冲峰值强度逐渐减小，偏向一侧的程度逐渐增大，拖尾振荡逐渐增强。而超高斯脉冲有所不同，峰值强度经历了上升下降的阶段，拖尾振荡在初始阶段经历了增强减弱再增强的过程。引入啁啾后波形变化会加剧，啁啾越大变化越剧烈。参考文献参考文献 1 Agrawal,GovindP Nonlinear Fiber OpticsM,San Diego,CA:Academic Press,2001 2 曹涧秋，陆启生 单模光纤中高阶色散对超高斯光脉冲传播的影响J 激光技术，2006.4，30(2)，209-211 http:/-6-Influence of higher-order dispersion on the transmission characteristics of optical pulse Kong Xiangze School of Telecommunication Engineering，Beijing University of Posts and Telecommunications，Beijing (100876)Abstract When the optical pulse wavelength coincide with the zero-dispersion wavelength,the transmission characteristics of Gaussian optical pulses with or without chirp and super-Gaussian optical pulses with or without chirp in the single-mode optical fiber is studied numerically in this paper.The results show that the third-order dispersion can make the pulse inclining to one side,and the tail appears vibration.The peak intensity of super-Gaussian optical pulse undergoes a stage of rising,and then going down,and the tail experiences a process of strengthening,weakening,and then strengthening again,which are different from Gaussian optical pulse.The chirp causes the shape of optical pulse changing harder.Keywords：Gaussian optical pulse；super-Gaussian optical pulse；the third-order dispersion；chirp