高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究

高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究

一、引言

随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长, 尤其是因特网的迅速崛起，人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。这对通信系统容量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战，也反过来推动了通信技术的快速发展。1966年，美籍华人高锟博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗至20dB/km，使光纤用于通信成为可能，从而开启了人类通信史的新纪元。与传统的电通信相比，光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电磁干扰等优势备受业界青睐，已成为一种不可替代的支撑性传输技术。新型激光器和调制格式、波分复用(WDM)技术、宽带光放大技术的不断涌现，大幅提高了光通信能力[15]。光纤通信的传输容量在1980~2000年间增加了近10000倍，传输速率在过去的10年中提高了约100 倍。目前,单信道40Gbit/s的光传输系统已经广泛商用，100Gbit/s的WDM/OTN(Optical Transmission Network，光传输网)链路也开始在欧美地区进行商用部署，400Gbit/s 的传输技术成为未来的研究方向。

众所周知，信号在光纤通信系统中的传输性能会受到光纤的损耗、色散和非线性效应的制约，而且传输速率越高、距离越长，上述效应越严重，对系统性能的劣化十分明显。因此，对这些制约因素的削弱甚至消除是进一步提高信息传输容量的关键，也一直是光纤传输技术的重点研究方向，并已取得了一系列卓有成效的进展。

二、光纤损伤及补偿技术

光纤损伤主要包含上节所述的损耗、色散和非线性效应。光放大器技术，包括EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)、FRA(Fiber Raman Amplifier，光纤拉曼放大器)和参量放大器的出现已经完美地解决了光纤损耗问题。

光纤色散补偿技术也已十分成熟。色散作为一种线性损伤，其补偿原理是利用光电元件实现波长或偏振相关的延时功能。单模光纤的色散分为色度色散(CD, chromatic dispersion)和偏振模色散(PMD, polarization mode dispersion)两种。色度

色散的补偿包括预啁啾(prechirp)等前补偿方案，色散补偿光纤(DCF, dispersion compensation fiber)、光相位共轭(OPC,optical phase conjugation)等在线补偿方案以及啁啾光纤光栅(chirped fiber grating)、基于DSP(digital signal processing，数字信号处理)的电均衡技术、虚像相位阵列法等后补偿方案。偏振模色散一般对40Gbit/s以上的高速光通信系统才比较明显，也可分为光域补偿和电域补偿。光域补偿利用一些光学元件在光传输链路上直接补偿光信号，包括自适应的反向单元、反馈信号和控制算法，可以前置补偿控制光源的输出偏振态，使之沿着光纤的偏振主态传输，也可置于光链路末端用做后置补偿器。电域补偿一般采用基于DSP的多抽头横向滤波器，结合前向纠错(FEC, forward error correction)技术进行均衡优化，而偏振差异接收机技术近年来也得到了广泛关注。

光纤中的非线性效应分为两类：非弹性过程和弹性过程。由受激散射引起的非弹性过程，电磁场和极化介质有能量交换，主要有受激布里渊散射和受激拉曼散射；由非线性折射率引起的弹性过程，即Kerr效应，电磁场和极化介质没有能量交换，主要有自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)和四波混频(FWM, four wave mixing)。考虑到WDM系统的光纤链路中光功率增大、信道数增多，上述非线性效应，特别是Kerr效应，使不同WDM信道间产生串扰和功率代价，从而限制光纤通信的传输容量和传输距离，使光纤非线性效应成为了影响系统性能的主要因素。

非线性效应的补偿不同于色散，其与信号的作用过程十分复杂，很难得到定量的描述。对于非线性的抑制也有不少的技术方案，比如非线性电均衡技术[1,2]、预编码技术[3]、数字后向传输(BP, back propagation)法[4,5]、OPC法[6,7]和非线性管理技术[8]，其中很多技术是色散补偿技术的拓展。模拟的非线性电均衡技术是在传统电均衡技术，如前馈均衡或判决反馈均衡的基础上加入非线性单元，考虑信号经过不同延时之间的相互作用，从而基于最小均方误差优化均衡系数以减弱光纤非线性损伤。而基于高速模数转换器和DSP 的数字电均衡技术则是利用极大似然估计接收机或基于接收机的电子相位偏转的算法纠正误差以抑制光纤非线性。预编码技术的核心在于采用极大后验概率Turbo均衡器，基于滑动窗口多阶BCJR (Bahl, Cocke, Jelinek和Raviv，人名)算法，适用于在多阶编码调制相干检测方案中同时对线性和非线性损伤进行抑制。BP 法也是一种同时补偿色散和非线性的通用技术，通过在接收端解一个反转的光纤非线性薛定谔方程(NLSE, nonlinear Schr?dinger equation)来估计发射的信号，对基于零色散光纤的WDM传

输系统能够支持更高的发射功率和更长的距离。OPC法一般利用FWM效应产生相位共轭，光纤关于OPC的平移对称性和OPC本身的相位共轭特性，相当于引入一段色散和非线性系数与传输光纤成比例相反的补偿光纤，同时补偿了色散和非线性效应。基于分布式拉曼放大的非线性管理除了能减小噪声和宽谱放大之外，提供了管理信号功率沿光纤链路变化的可能，通过控制信号功率谱而直接进行非线性管理，以平衡噪声积累和非线性损伤的代价。

由此可见，非线性抑制的思想很多来源于色散补偿的启发。OPC、BP等技术可以同时抑制色散和非线性效应，而电均衡等技术则可以引入非线性模块改进线性均衡性能。随着相干光通信和DSP技术的发展，接收端电信号能在数字域被访问，从而使得大色散下的非线性补偿，包括信道间的XPM和FWM，能在电域可靠实现。BP法被看作是其中最有前途的技术，不过由于WDM系统中信道间的非线性作用很复杂，后向传输的计算量比线性系统大得多。美国中佛罗里达大学的李桂芳教授所带领的课题组采用耦合的NLSE和改进的分步计算方法等在减小BP法计算量方面做了大量研究[5]，但是这仍然是该技术的最大实现难点所在。另外，和电均衡技术类似，随着光信号传输速率的进一步提高，电芯片处理速度必然成为瓶颈。OPC、非线性管理等在线全光非线性抑制方案则对传输速率和调制格式透明。不过，OPC 的设备较复杂,对中间混频所用的激光器的频率单一性要求较高，中间相位共轭器需要较准确地设置在总色散值一半的地方,还要控制偏振波动,以免影响相位共轭波的时间反演特性，使实际应用受到限制；而非线性管理需要对放大方案、色散图谱、跨距、发射功率和总传输距离优化，仅放大方案就是一个多维优化问题，参数针对性强，自适应能力较差。

图1-1 预处理方法在光传输系统中的应用

类比于色散补偿技术，光纤非线性抑制也可以采用预处理方式，采用置于发射端的信号预处理模块实现，如图 1-1 所示。其优势在于结构简单，便于系统升级。全光速率透明的预处理器件能使得当前40G 系统直接平滑升级到100G

系统而几乎不改变现有的系统配置。

三、光纤非线性预处理技术

预处理最经典的技术是预啁啾。预啁啾方法其实由来已久，N. Henmi 等人早在1990年就提出了采用预啁啾的方法补偿光纤链路中的色散，方法是对激光器直接调制正弦波以实现信号调频，即预啁啾，抵消色散对信号啁啾作用[9,10]。后来，很多学者进一步改进预啁啾的方案，如改用相位调制器(PM, phase modulator)实现预啁啾，或修正相位调制器的驱动电压使之能补偿更高阶的色散

[11]。类似地，考虑到非线性Kerr 效应的相移也可以理解为某种啁啾效应，预啁啾用于光纤非线性抑制不失为很好的尝试。

四、预啁啾抑制非线性的研究

4.1 预啁啾抑制非线性的原理

光作为一种电磁波，根据麦克斯韦方程组，在光纤中传输满足如下的波动方程：

式中，P NL 和P L 分别为电极化强度的线性部分和非线性部分。

经求解可得频率为1ω的光波的非线性相移为：

对于N 路光波，假定初始无时延，且均为 1/e 宽度为T 0的高斯脉冲，即脉冲形状为

将(4-3)代入到(4-2)中得波长1的非线性相移：

2

20

(0,T)exp(),(k 1,2,...N)k T U T =-=22

220022221NL

L P P E E c t t t μμ????-=+???2211111120

(L,T)[P |U (0,T)|2|U (0,)|dz]

L

N NL eff k k k k L P T d φγ==+-∑

?211111220100(L,T){P exp()[erf()erf()]}

N

NL eff k k k k T T T L P T T T φγδδ==-+--∑(41)

-(42)-(43)

-(44)

-

式中，

是误差函数， 表示走离效应

的相对延时。 从上式中可以看出，SPM 和 XPM 效应对信号脉冲产生的非线性相移是时间相关的，那么其作用就可以等效于一种频率啁啾。频率啁啾?ν满足

对于不同路光波脉冲在时域上始终保持大范围重叠的情况，即不同波长由于群速度差异造成的走离延时在整个光纤长度上不太明显，那么结合方程(4-4)和(4-5)，光波1中SPM 和 XPM 效应造成的频率啁啾近似有

在高斯脉冲中心附近较大范围内，220exp()1T T -→，故式（4-6）可进一步写成

此时，式(4-7)得到的非线性 Kerr 效应所致的频率啁啾是时间线性的，其啁啾量与光纤非线性系数、脉冲宽度、有效传输距离、各脉冲的功率及走离效应有关。那么，我们可以考虑对信号脉冲人为引入某种线性啁啾，使之与式(4-7)中的啁啾刚好相反，从而使传输后的脉冲出现啁啾消除的现象，以达到抑制光纤非线性 Kerr 效应的目的。这就是预啁啾实现非线性抑制的原理。

4.2 预啁啾的实现方式

根据色散补偿的研究成果，预啁啾的引入有两种方式：一种是对发射机的激光器直接调制电信号，影响载流子的分布，进而调制激光器的输出光场相位，是一个可用速率方程研究的复杂过程[9,10]；另一种是外调制方式，采用适当电驱动信号对外调制器调相，工作原理和操作过程都比较简单[11]。另外，还可以采用全光处理方式直接对光信号进行相位调制，用特定的泵浦脉冲在非线性介质中对信号光产生强烈的 XPM 作用[12,13,14]，这里为了排除 SPM 的影响，要求泵浦光功率远大于信号光功率，同时要控制在介质中非线性作用的时间，保证由于走离效应的作用使泵浦脉冲能完全经过信号脉冲，对于技术和设备的要求较高。

对于实际的波分复用(WDM)光纤传输系统而言，色散采用色散补偿光(DCF )或电色散补偿模块基本补偿，损耗采用 EDFA 分段补偿，使色散和损耗对信号2

0(x)2/x

erf e d ττ-=?110/k k Ld T δ=1(t)(T)/dT 2NL v d φπ?=-(45)

-2111112200002(T)exp()[P ()]N eff k k k L T T T v P T T T T γδπ=?≈-+-∑(46)

-1111120002(T)[P ()]N eff k k k L T T v P T T T γδπ=?≈+-∑(47)

-

的作用效果降到很低的水平，近似满足单独考虑非线性效应的情况。同时，WDM 系统每个波长传输的都是很长的脉冲序列，尽管不同波长之间因群速度不同而存在走离效应，但是任一波长的某个脉冲与其它波长的脉冲序列之间总能保持较大的重叠，Kerr 非线性作用受到走离效应的影响不大，可以忽略。那么，将式(4-7)近似简化成

1(T)v T μ?≈(48)- 其中2

11012(P 2)N eff k k L P μγπ==?+∑是线性啁啾系数。 根据南安普顿大学Ibsen 教授所在的光纤布拉格光栅(FBG, fiber Bragg

grating)团队的研究成果，可以设计出一种特殊折射率分布的超结构FBG 实现将常规输入光脉冲整形为抛物线形的脉冲，然后作为泵浦光在高非线性光纤中利用 XPM 效应对信号光产生与时间的二次方成正比的非线性相移，即线性啁啾。这种全光处理方式对传输速率和调制格式透明，只是尚处于实验研究阶段，可以作为将来的一种发展方向。而直接调制激光器的方式产生的啁啾难以控制，也不适合 10Gbit/s 以上的光传输系统。综合考虑上述情况，我们这里采用外调制方式产生预啁啾信号。

对于典型的外调制方式，在铌酸锂(LiNbO 3 )波导型相位调制器上所加的电驱动信号V （T ）对信号光场产生的相移

其中V 是相位调制器的半波电压，即相位调制 180 度时调制器所加的驱动电压值。预啁啾所产生的频移v ?应该与Kerr 非线性效应对信号施加的频移完全相反，即v T μ?=-，结合式(4-5)中相移与频率的关系可以得到

2(T)V V T πμ=-(410)-

这里的啁啾调制是周期性的，因为器件的限制不可能保持驱动信号的二次曲线幅值无限增大。实际采用的是按比特对应调制的方式，那么其重复频率就应该与单信道信号传输速率相同。如果要满足更高传输速率的要求，也可以采用多个比特共享一个重复周期，只是可能会引入比特间的相关性，影响脉冲序列的随机性。驱动信号幅值则与其重复频率和光脉冲宽度有关。以载波抑制非归零码(CSRZ)强度调制-直接检测(IM-DD, intensity modulated-direct detected)的传输系统为例，对于CSRZ 脉冲而言，每个脉冲的半高全宽23FWHM p T T =，而半高全宽与1/e

宽度的关系为0FWHM T =，那么可以得到

(T)(T)V V πφπ=(49)

-

而式(4-10)中电压幅值V max 在每个周期端点处取到，即

2max p V V T πμ= 结合式(4-9)和式(4-11)，可以得到

由式(4-13)可以发现，为补偿非线性 Kerr 效应带来的线性啁啾，调相器所需的驱动电压幅值与信号传输速率无关，而与各信道发射功率之和以及有效传输距离线性相关。

确定了相位调制器的驱动信号，即可实现预啁啾的功能，如图4-1所示。数据经过光发射机调制到光场上之后，经过抛物线型电信号驱动的相位调制器，即预啁啾模块，就可以送入光纤链路中传输。根据理论推导，能实现对非线性 Kerr 效应的抑制。

图4-1 预啁啾模块配置图

五、小结

互联网用户对各种多媒体信息需求的急剧增大也对通信系统的发展提出了更高的要求。光纤通信系统，特别是波分复用技术的引入，是解决这一突出问题的根本方案。然而，随着WDM 系统信道数的不断增加，信道间隔的逐步缩小，传输距离越来越长，发射功率也随之增大，信号在光纤中传输会受到色散和非线性效应的影响，极大地劣化系统的传输性能。由于色散补偿技术的研究已经比较成熟，光纤非线性的抑制成为了业界研究的重点，也取得了一些比较有效的进展。

本文主要研究非线性预处理技术：预啁啾方法。预啁啾方法从非线性薛定谔方程推导的SPM 和XPM

对信号的作用特点出发，采用周期抛物线型电信号驱0T T =(411)

-(412)-11max 129ln 2

(P 2)

4N eff k k L V V P πγπ==+∑(413)

-

动的相位调制器构成的预啁啾模块，加在强度调制的WDM传输系统各信道发射端进行非线性抑制。

预啁啾方法结构简单，易于实现，对非线性效应的抑制效果较好，不过抑制能力还比较有限，也不太适合系统传输参数变化较大的系统，灵活性有所欠缺。

六、参考文献

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[15]顾畹仪.WDM 超长距离光传输技术.(第1版).北京: 北京邮电大学出版社,

2006.1

第三章 单模光纤传输特性及光纤中非线性效应

第三章单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应 3.1.2 单模工作模特性及光功率分布 (3) 3.1.3单模光纤中LP01模的高斯近似 (4) 3.2 单模光纤的双折射（单模光纤中的偏振态传输特性） (6) 3.2.1双折射概念 (6) 3.2.2 偏振模色散概念 (8) 3.2.3 单模光纤中偏振状态的演化 (9) 3.2.4 单模单偏振光纤 (10) 3.3单模光纤色散 (11) 3.3.1 色散概述 (11) 3.3.2 单模光纤的色散系数 (13) 3.4 单模光纤中的非线性效应 (15) 3.4.1 受激拉曼散射（SRS） (16) 3.4.2 受激布里渊散射（SBS） (19) 3.5 非线性折射率及相关非线性现象 (21) 3.5.1 光纤的非线性折射率 (21) 3.5.2 与非线性折射率有关的非线性现象 (22) 3.5.3 自相位调制 (23) 第三章单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应 3.1 单模光纤的传输特性 单模光纤就是在给定的工作波长上，只有主模式才能传播的光纤。例如在阶跃型光纤只传播HE11模（或LP01）的光纤。

由于单模光纤中只传输一个模式，不存在模式色散，所以它的色散比多模光纤要小的多，因而单模光纤拥有巨大的传输带宽。长途光纤通信系统都无例外的采用单模光纤作为传输介质。由于单模光纤已经成为光纤通信系统中最主要的传输介质，所以对单模光纤分析并掌握其传输特性就显得尤为重要。单模光纤的纤芯折射率分布可以是均匀的，也可以是渐变的。 3.1.1 单模条件和截止波长 阶跃式光纤的主模LP 01模的归一化频率为零，次最低阶模LP 11模的归一化截止频率为2.405。单模传输条件是光纤中只有LP 01模可以传输，而LP 11模以及其它高次模都被截止，这就意味着归一化工作频率应满足条件：0

第三章 单模光纤传输特性及光纤中非线性效应培训资料

第三章单模光纤传输特性及光纤中非线 性效应

第三章 单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应 3.1.2 单模工作模特性及光功率分布 (3) 3.1.3单模光纤中LP 01模的高斯近似 (4) 3.2 单模光纤的双折射（单模光纤中的偏振态传输特性） (5) 3.2.1双折射概念 (5) 3.2.2 偏振模色散概念 (6) 3.2.3 单模光纤中偏振状态的演化 (7) 3.2.4 单模单偏振光纤 (8) 3.3单模光纤色散 (9) 3.3.1 色散概述 (9) 3.3.2 单模光纤的色散系数 (10) 3.4 单模光纤中的非线性效应 (12) 3.4.1 受激拉曼散射（SRS ） (12) 3.4.2 受激布里渊散射（SBS ） (14) 3.5 非线性折射率及相关非线性现象 (15) 3.5.1 光纤的非线性折射率 (15) 3.5.2 与非线性折射率有关的非线性现象 (16) 3.5.3 自相位调制 (17) 第三章 单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应 3.1 单模光纤的传输特性 单模光纤就是在给定的工作波长上，只有主模式才能传播的光纤。例如在阶跃 型光纤只传播HE 11模（或LP 01）的光纤。 由于单模光纤中只传输一个模式，不存在模式色散，所以它的色散比多模光纤 要小的多，因而单模光纤拥有巨大的传输带宽。长途光纤通信系统都无例外的 采用单模光纤作为传输介质。由于单模光纤已经成为光纤通信系统中最主要的 传输介质，所以对单模光纤分析并掌握其传输特性就显得尤为重要。单模光纤 的纤芯折射率分布可以是均匀的，也可以是渐变的。 3.1.1 单模条件和截止波长 阶跃式光纤的主模LP 01模的归一化频率为零，次最低阶模LP 11模的归一化 截止频率为2.405。单模传输条件是光纤中只有LP 01模可以传输，而LP 11模以及 其它高次模都被截止，这就意味着归一化工作频率应满足条件：0

光纤非线性效应及对光纤通信的影响

光线非线性效应及其对光纤通信系统的影响摘要：随着科技的飞速发展、信息时代的到来，信息的传输变得越来越重要。光纤作为众多传输介质中的一种有着其它介质不可替代的优越性。它传输容量大、传输带宽宽、抗干扰能力强。然而，由于光纤中的损耗和色散的限制，使得光纤通信的发展受到了制约。如果要获得更长的传输距离，则要加大入纤光功率，这样就引起了光纤非线性效应的产生。本文详细地讨论了几种重要的光纤非线性效应，如受激布里渊散射(SBS)、受激喇曼散射(S RS)、自相位调制(SPM)、交叉相位调制（XPM）、克尔效应（Kerr）、超短脉冲孤立子（S oliton）等现象。并对其在光纤通信中的应用进行了展望 。 关键字：光纤非线性效应、散射、阈值、光功率 光纤的非线性效应 尽管用于光纤的玻璃材料的非线性很弱，但由于纤芯小，纤芯内场强非常高，且作用距离长，使得光纤中的非线性效应会积累到足够的强度，导致对信号的严重干扰和对系统传输性能的限制。 光纤传输的衰耗和色散与光纤长度呈线性变化的，呈线性效应，而带宽系数与光纤长度呈非线性效应。非线性效应一般在WDM系统上反映较多，在SDH 系统反映较少，因为在WDM 设备系统中，由于和波器、分波器的插入损耗较大，对16 波系统一般相加在10dB 左右，对32 波系统，相加在15dB 左右，因此需采用EDF A进行放大补偿，在放大光功率的同时，也使光纤中的非线性效应大大增加，成为影响系统性能，限制中继距离的主要因数之一，同时，也增加了ASE 等噪声。

光纤中的非线性效应包括：①散射效应（受激布里渊散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等）、②与克尔效应相关的影响，即与折射率密切相关（自相位调制SPM 、交叉相位调制XPM 、四波混频效应FWM ），其中四波混频、交叉相位调制对系统影响严重。 折射率非线性变化 SBS、SRS及FWM过程所引起的波长信道的增益或损耗与光信号的强度有关。这些非线性过程对某些信道提供增益而对另一些信道则产生功率损耗，从而使各个波长间产生串扰。 从本质上说，任何物质都是由分子、原子等基本组成单元组成。在常温下，这些基本组成单元在不断地作自发热运动和振动。光纤中的受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS 都是激光光波通过光纤介质时，被其分子振动所调制的结果，而且SB S 和SRS都具有增益特性，在一定条件下，这种增益可沿光纤积累。SBS 与SRS 的区别在于，SBS 激发的是声频支声子，SRS激发的是光频支声子。受激布里渊散射SBS 产生原理：SBS是光纤中泵浦光与声子间相互作用的结果，在使用窄谱线宽度光源的强度调制系统中，一旦信号光功率超过受激布里渊散射SBS 的门限时（SB S的门限较低，对于1550nm 的激光器，一般为7~8dBm ），将有很强的前向传输信号光转化为后向传输，随着前向传输功率的逐渐饱和，使后向散射功率急剧增加。 在WDM+EDFA 的系统中，注入到光纤中的功率大于SBS 的门限值，会产生S BS 散射。SBS 对WDM系统的影响主要是引起系统通道间的串扰及信道能量的损失。布里渊频移量在1550nm 处约为10~11GHz ，当WDM系统的信道间隔（即波长间隔）与布里渊频移量相等时，就会引起信道间的串扰，但目前的WDM 系统，

环形腔光纤激光器中光谱边带不对称性特性研究

第30卷　第1期光　学　学　报 Vol.30,No.12010年1月 ACTA OP TICA SINICA J anuary ,2010 文章编号:025322239(2010)0120132205 环形腔光纤激光器中光谱边带不对称性特性研究 高玉欣　徐文成　罗智超　罗爱平　宋创兴 (华南师范大学光电子信息科技学院,光子信息技术广东省重点实验室,广东广州510006) 摘要　理论分析了环形腔锁模光纤激光器中光谱边带不对称性产生的物理机制,实验中搭建了环形腔被动锁模光纤激光器平台,通过调节偏振控制器,在L 波段获得了明显不对称的边带光谱。实验结果表明,光谱不对称性主要存在两方面的明显特点:1)强度不对称性,最明显时正二级的强度比负二级的强度高14.28dBm ;2)数量不对称性,最明显时正级数量要比负级数量多5个。通过对光谱边带不对称性物理机制的分析对如何消除边带效应以获得理想的孤子脉冲具有重要的指导意义。 关键词　激光器;边带不对称性;光纤激光器;被动锁模;环形腔 中图分类号　TN248 文献标识码　A doi :10.3788/AOS 20103001.0132 Ch a r act e ris t ics of t he S i deba n d As y m met r y i n a Fi be r Ri n g L as e r Gao Yuxin Xu Wencheng L uo Zhichao L uo Aiping Song Chuangxing (L abor a tor y of Photonic Inf or m a tion Tech nology ,School of I nf or m a tion of Op toelect ronic Science a n d Engi neeri ng , Sout h Chi n a Nor m al U niversit y ,Gu a ngzhou ,Gua ngdong 510006,Chi n a ) Abs t r act Physical mechanism of the sideband asymmet ry is theoretically analyzed in the fiber ring lasers ,A passive mode 2locked erbium 2doped fiber ring laser is const ructed in the experiment ,The obvious asymmet ry of the spect ral sidebands in an L 2band is obtained by adjusting polarization cont rollers.The asymmet ry of sidebands can be observed in two aspects :on the one hand ,the asymmet ry of the power between the positive and the negative order numbers is obvious ,which can be observed that the intensity of the positive second order is higher 14.28dBm than that of the negative same order ;on the other hand ,the sideband asymmet ry numbers f rom the positive to the negative orders are also obvious ,the number of the positive orders is more 5numbers than that of the negative.The sideband asymmet ry is usef ul for the research of eliminating the sidebands and acquiring the ideal soliton p ulses and so on.Key w or ds lasers ;sideband asymmet ry ;fiber laser ;passively mode 2locking ;ring cavity 收稿日期:2009201219;收到修改稿日期:2009204210 基金项目:广东省自然科学基金(04010397)资助课题。 作者简介:高玉欣(1981—),女,硕士研究生,主要从事光纤激光器和高码率光通信等方面研究。E 2mail :liayuan322@https://www.sodocs.net/doc/833542296.html, 导师简介:徐文成(1965— ),男,教授,博士生导师,主要从事光纤激光器及其在高码率光通信系统中的应用等方面的研究。E 2mail :xuwch @https://www.sodocs.net/doc/833542296.html, (通信联系人) 1　引 言 自从1550nm 光通信窗口打开以来,光纤通信向着远距离、高容量的方向发展,该发展趋势对激光光谱的平滑程度以及脉冲前后沿的非重叠性无疑提出了更高的要求。而在超短脉冲掺铒光纤激光器实验中,产生的光谱总伴随着边带。光谱边带一方面使光谱的主脉冲能量减少,另一方面使激光器输出脉冲的频谱质量发生劣化,容易使信号之间产生串扰,从而直接影响激光器在长距离光纤通信系统的 应用。因此,如何获得无光谱边带的超短脉冲是近 年来非线性光纤光学研究领域中一个重要的研究课题[1～6]。 对光谱边带的研究国内并不多。国外从20世纪80年代开始就有人提出了光谱边带的问题,但是在整个80年代,对于边带的产生原因、不对称性机理、如何消除边带等仍处于探索研究阶段。1982年R.H.Stolen 等[7]对双折射光纤中光脉冲以不同的角度入射时对脉冲整形效应做了初步的研究,为以

光纤中的非线性效应的研究

一、引言 进入21世纪以来，随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长, 尤其是因特网的迅速崛起，人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。这对通信系统容量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战，也反过来推动了通信技术的快速发展。1966年，美籍华人高锟博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗至20dB/km ，使光纤用于通信成为可能，从而开启了人类通信史的新纪元。与传统的电通信相比，光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电磁干扰等优势备受业界青睐，已成为一种不可替代的支撑性传输技术。 光纤通信自从问世以来，就一直向着两个目标不断发展，一是延长无电中继距离；二是提高传输速率（容量）。 随着掺铒光纤放大器（EDFA ）的大量商用，大大增加了无电中继的传输距离；同时，密集波分复用（DWDM ）技术的成熟，极大地增加了光纤中可传输信息的容量，降低了成本。光纤通信技术正朝着超高速超长距离的方向发展，并逐步向下一代光网络演进。但随着波分复用信道数的增加，单通道速率的提高，光纤的非线性效应成为制约系统性能的主要因素。高速长距离传输必须克服非线性效应的影响。因此，如何提高光纤传输系统的容量，增加无电中继的传输距离，克服非线性效应，已经成为光纤通信领域研究的热点。 本文详细介绍了在光纤中的几种重要的非线性现象，引出了非线性折射率相关的自相位调制（SPM ）、交叉相位调制（XPM ）和四波混频（FWM ）等克尔效应，以及与受激非弹性散射相关的受激喇曼散射（SRS ）与受激布里渊散射（SBS ）效应。 二、光纤的非线性特性 在高强度电磁场中，任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。从其基能级看，介质非线性效应的起因与施加到它上面的场的影响下束缚电子的非谐振运动有关，结果导致电耦极子的极化强度P 对于电场E 是非线性的，但满足通常的关系式 (1)(2)(3)0(:)P E EE EEE εχχχ=?+++M L 式中，0ε是真空中的介电常数，()(1,2,)j j χ=L 阶电极化率，考虑到光的偏振效应，()j χ 是1j + 阶张量。线性电极化率(1)χ对P 的贡献是主要的，它的影响包含在折射率n 和衰减常数α内。二阶电极化率(2)χ对应于二次谐波的产生和

3.6 电光效应光折变效应非线性光学效应

3 材料的光学性能
3.1 光传播的基本性质 3.2 光的反射和折射 3.3 材料对光的吸收和色散 3.4 光的散射 3.5 材料的不透明性和半透明性 3.6 电光效应、光折变效应、非线型光学效应 3.7 光的传输与光纤材料 3.8 特种光学材料及其应用
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (1) 电光效应(electro-optical effect) 由于外加电场所引起的材料折射率的变化效应。 电场与折射率的关系：
n = n + aE0 + bE + L
0 2 0
泡克尔斯效应
克尔电光效应
n0：没有加电场E0时介质的折射率 a, b：常数
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体 (a) 泡克尔斯效应(Pockels effect) 1893年
在没有对称中心的晶体中，外加电场与折射率的 关系具有一次电光效应。 旋转椭球折射率体 三轴椭球光折射率体 （双轴晶体） rc：电光陶瓷的电光系数
1 3 Δn = n rc E 2
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3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应
3.6.1 电光效应及电光晶体
透 明 电 极
压 电 晶 体
透 明 电 极
电光晶体：KDP 偏振片：P1⊥P2 电场∥光传播方向 光沿光轴方向传播
ΚD
P
偏振片1
不加电场 不加电场
偏振片2
P P22 不透光 不透光
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光纤的非线性效应

通常在光场较弱的情况下，可以认为光纤的各种特征参量随光场强弱作线性变化，这时光纤对光场来讲是一种线性媒质。但是在很强的光场作用下，光纤对光场就会呈现出另外一种情况，即光纤的各种特征参量会随光场呈非线性变化。光纤的非线性效应是指在强光场的作用下，光波信号和光纤介质相互作用的一种物理效应。它主要包括两类：一类是由于散射作用而产生的非线性效应，如受激拉曼散射及布里渊散射；另一类是由于光纤的折射指数随光强度变化而引起的非线性效应，如自相位调制、交叉相位调制以及四波混频等。 1.散射产生的非线性效应 由于光纤材料的缺陷，有可能使得光通过介质时发生散射。瑞利散射属于线性散射，即散射光的频率保持不变。但当输入光功率很强时，任何介质对光的响应都是非线性的，在此过程中，光场把部分能量转移给非线性介质，即在这种非线性散射过程中，光波和介质相互作用时要交换能量，使得光子能量减少。 1）受激拉曼散射（SRS） 当强光信号输入光纤后，就会引发介质中分子振动，这些分子振动对入射光调制后就会产生新的光频，从而对入射光产生散射作用，这种现象称为受激拉曼散射。拉曼散射产生的散射光（斯托克斯波）强度与泵浦功率及光纤长度有关，因此可制成分布式拉曼散射激光器。 2）受激布里渊散射（SBS） 受激布里渊散射和受激拉曼散射的物理过程相似，都是在散射过程中通过相互作用，光波与介质发生能量交换，但本质上也存在差异。受激拉曼散射产生的斯托克斯波属于光频范畴，其波的方向与泵浦光方向一致。而受激布里渊散射所产生的斯托克斯波在声频范围，波的方向与泵浦波方向相反，即在光纤中只要达到受激布里渊散射的阈值，就会产生大量的向后传输的斯托克斯波，这将使信号功率降低，反馈回的斯托克斯波也会使激光器的工作不稳定，对系统将产生不良影响。但是，由于受激布里渊散射的阈值比受激拉曼散射的阈值低很多，可以利用其低阈值功率提高布里渊放大。 2.折射率变化产生的非线性效应 折射率随强度的变化引起的非线性效应，最重要的是自相位调制、交叉相位调制及四波混频。

非线性光纤光学

2014 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目：非线性光纤光学 学生所在院（系）：理学院物理系 学生所在学科：光学 姓名： 学号： 学生类别：统招 题目：用于声发射探测的塑料光纤传感器的研究

用于声发射探测的塑料光纤传感器的研究 1、声发射的研究背景及概念 应变材料由于受外力的作用，产生的形变或者断裂逐渐扩大，最终超过屈服 ，此时声发射现象就出现了，又由于弹性波的瞬间形式可以被声波态加以极限 s 释放，因此，声发射现象也被称为应力波发射[1]。随着对声发射研究的进一步深入，那些与变形、断裂机制并没有直接关系的弹性波源被称作二次声发射源，所以声发射领域的研究范围得到了很大的扩展[2-3]。声发射检测技术是这样定义的：用各种仪器来探测、分析并记录声发射的信号，并由此来推测声发射来源的技术的总称[1，2]。它也属于无损检测的一种方法，具有很多的优点，已广泛地应用在许多领域，如航天和航空工业、交通运输业、金属加工、电力工业、民用工程、石油化工工业以及材料试验等部门[4]。 近些年随着研究的进一步深入，现在的声发射传感器热衷于使用光纤来探测。光纤传感器是近些年迅速发展的一项新技术，它是以光为信息载体、以光纤为传播媒介的新型传感器。光纤声发射传感器存在着抗电磁干扰、体积小、频带宽等许多优点，已在许多物理测量中得到了应用。目前，在通信光缆中使用的大部分都是石英光纤。但是，近年来逐步开发出的塑料光纤(POF)，以其拉制工艺简单、质轻柔软、更耐破坏、成本低廉和连接损耗低等优点备受关注。 2、声发射检测技术 如前所述声发射技术是用各种仪器来探测、分析和记录声发射的信号，并由此来推测声发射来源的技术的总称[5]。它的应用原理如图1所示。 图 1 声发射检测技术的应用原理 我们知道弹性波是由声发射源而发出的，到达被检测物体引起机械震动。然后用于声发射检测的传感器就将待测物体表面的瞬时位移变换成电的信号。然后经过放大器后，应用相关软件对其进行处理，并显示其波形与参数。最后，分析与解释得到的数据，进而推出声发射来源的属性[6]。 一个大小、性质相同的缺陷，当它在材料中的位置或所受应力不同时，对材料损伤的程度也就会不同，所以它具有不同声发射的特性。当我们确定了来自特定缺陷而产生的声发射的信号时，我们就能够长期地、不间断地监视此缺陷安全的性能，这是其他的方法很难完成的[7]。

单模光纤传输特性及光纤中非线性效应

第三章 单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应 单模工作模特性及光功率分布 .............................. 错误!未定义书签。 单模光纤中LP 01模的高斯近似 ............................... 错误!未定义书签。 单模光纤的双折射（单模光纤中的偏振态传输特性） .............. 错误!未定义书签。 双折射概念 ............................................... 错误!未定义书签。 偏振模色散概念 .......................................... 错误!未定义书签。 单模光纤中偏振状态的演化 ................................ 错误!未定义书签。 单模单偏振光纤 .......................................... 错误!未定义书签。 单模光纤色散 ................................................. 错误!未定义书签。 色散概述 ................................................ 错误!未定义书签。 单模光纤的色散系数 ...................................... 错误!未定义书签。 单模光纤中的非线性效应 ...................................... 错误!未定义书签。 受激拉曼散射（SRS ） ..................................... 错误!未定义书签。 受激布里渊散射（SBS ） ................................... 错误!未定义书签。 非线性折射率及相关非线性现象 ................................ 错误!未定义书签。 光纤的非线性折射率 ...................................... 错误!未定义书签。 与非线性折射率有关的非线性现象 .......................... 错误!未定义书签。 自相位调制 .............................................. 错误!未定义书签。 第三章 单模光纤的传输特性及光纤中的非线性效应 单模光纤的传输特性 单模光纤就是在给定的工作波长上，只有主模式才能传播的光纤。例如在阶跃型光纤只传播 HE 11模（或LP 01）的光纤。 由于单模光纤中只传输一个模式，不存在模式色散，所以它的色散比多模光纤要小的多，因 而单模光纤拥有巨大的传输带宽。长途光纤通信系统都无例外的采用单模光纤作为传输介 质。由于单模光纤已经成为光纤通信系统中最主要的传输介质，所以对单模光纤分析并掌握 其传输特性就显得尤为重要。单模光纤的纤芯折射率分布可以是均匀的，也可以是渐变的。 单模条件和截止波长 阶跃式光纤的主模LP 01模的归一化频率为零，次最低阶模LP 11模的归一化截止频率为。 单模传输条件是光纤中只有LP 01模可以传输，而LP 11模以及其它高次模都被截止，这就意味 着归一化工作频率应满足条件：0

高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究

高功率下光纤中的非线性效应抑制方法的研究 一、引言 随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长, 尤其是因特网的迅速崛起，人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。这对通信系统容量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战，也反过来推动了通信技术的快速发展。1966年，美籍华人高锟博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗至20dB/km，使光纤用于通信成为可能，从而开启了人类通信史的新纪元。与传统的电通信相比，光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电磁干扰等优势备受业界青睐，已成为一种不可替代的支撑性传输技术。新型激光器和调制格式、波分复用(WDM)技术、宽带光放大技术的不断涌现，大幅提高了光通信能力[15]。光纤通信的传输容量在1980~2000年间增加了近10000倍，传输速率在过去的10年中提高了约100 倍。目前,单信道40Gbit/s的光传输系统已经广泛商用，100Gbit/s的WDM/OTN(Optical Transmission Network，光传输网)链路也开始在欧美地区进行商用部署，400Gbit/s 的传输技术成为未来的研究方向。 众所周知，信号在光纤通信系统中的传输性能会受到光纤的损耗、色散和非线性效应的制约，而且传输速率越高、距离越长，上述效应越严重，对系统性能的劣化十分明显。因此，对这些制约因素的削弱甚至消除是进一步提高信息传输容量的关键，也一直是光纤传输技术的重点研究方向，并已取得了一系列卓有成效的进展。 二、光纤损伤及补偿技术 光纤损伤主要包含上节所述的损耗、色散和非线性效应。光放大器技术，包括EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier，掺铒光纤放大器)、FRA(Fiber Raman Amplifier，光纤拉曼放大器)和参量放大器的出现已经完美地解决了光纤损耗问题。 光纤色散补偿技术也已十分成熟。色散作为一种线性损伤，其补偿原理是利用光电元件实现波长或偏振相关的延时功能。单模光纤的色散分为色度色散(CD, chromatic dispersion)和偏振模色散(PMD, polarization mode dispersion)两种。色度

光纤中的非线性效应的研究

光纤中的非线性效应研究 一、引言 进入21世纪以来，随着语音、图像和数据等信息量爆炸式的增长, 尤其是因特网的迅速崛起，人们对于信息获取的需求呈现出供不应求的态势。这对通信系统容量和多业务平台的服务质量提出了新的挑战，也反过来推动了通信技术的快速发展。1966年，美籍华人高锟博士提出可以通过去杂质降低光纤损耗至20dB/km ，使光纤用于通信成为可能，从而开启了人类通信史的新纪元。与传统的电通信相比，光纤通信以其损耗低、传输频带宽、容量大、抗电磁干扰等优势备受业界青睐，已成为一种不可替代的支撑性传输技术。 光纤通信自从问世以来，就一直向着两个目标不断发展，一是延长无电中继距离；二是提高传输速率（容量）。 随着掺铒光纤放大器（EDFA ）的大量商用，大大增加了无电中继的传输距离；同时，密集波分复用（DWDM ）技术的成熟，极大地增加了光纤中可传输信息的容量，降低了成本。光纤通信技术正朝着超高速超长距离的方向发展，并逐步向下一代光网络演进。但随着波分复用信道数的增加，单通道速率的提高，光纤的非线性效应成为制约系统性能的主要因素。高速长距离传输必须克服非线性效应的影响。因此，如何提高光纤传输系统的容量，增加无电中继的传输距离，克服非线性效应，已经成为光纤通信领域研究的热点。 本文详细介绍了在光纤中的几种重要的非线性现象，引出了非线性折射率相关的自相位调制（SPM ）、交叉相位调制（XPM ）和四波混频（FWM ）等克尔效应，以及与受激非弹性散射相关的受激喇曼散射（SRS ）与受激布里渊散射（SBS ）效应。 二、光纤的非线性特性 在高强度电磁场中，任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。从其基能级看，介质非线性效应的起因与施加到它上面的场的影响下束缚电子的非谐振运动有关，结果导致电耦极子的极化强度P 对于电场E 是非线性的，但满足通常的关系式 (1)(2)(3)0(:)P E EE EEE εχχχ=?+++M L 式中，0ε是真空中的介电常数，()(1,2,)j j χ=L 阶电极化率，考虑到光的偏振效应，()j χ 是1j + 阶量。线性电极化率(1)χ对P 的贡献是主要的，它的影响

光纤中超连续谱产生的研究进展与展望

光纤中超连续谱产生的研究进展与展望 发表时间：2017-11-06T18:40:08.223Z 来源：《电力设备》2017年第16期作者：张洁胡红艳马瑞雪马尧李辰[导读] 摘要：人们对超连续谱的研究经历了单模光纤到锥形光纤一直到现在的光子晶体光纤这样一个逐步发展的过程，对于光纤中的超连续谱的研究仍然在继续，本文是一个关于光纤中超连续在近年来研究工作进展的综述。 （国网新疆电力公司信息通信公司新疆乌鲁木齐 830000） 摘要：人们对超连续谱的研究经历了单模光纤到锥形光纤一直到现在的光子晶体光纤这样一个逐步发展的过程，对于光纤中的超连续谱的研究仍然在继续，本文是一个关于光纤中超连续在近年来研究工作进展的综述。 1、介绍 超连续谱是在单色高强度超短脉冲通过光学非线性介质时产生的。它具有连续光谱,而每个波长分量保持着超短脉冲性质。是指强短脉冲通过非线性介质时,由于自相位调制,交叉相位调制,受激拉曼散射和四波混频等非线性效应与光纤的群速度色散的共同作用而使脉冲频谱展宽的一种现象[1]。产生SC谱的介质要求具有高的非线性系数和适当的色散条件，可用于产生SC谱的非线性介质很多诸如卷色散位移光纤(DSF)、色散渐减光纤(DDF)、色散平坦光纤(DFF)、色散平坦渐减光纤(DFDF)、高非线性光纤(HNLF)、非线性光纤(NLF)、光子晶体光纤(PCF)、锥形光纤(Taper fiber)等等[2]。 2、国内外研究现状 2.1国外研究进展 国外对于超连续谱在光纤中的产生做了许多的理论研究，获得了许多非凡的成果，这些成果促进了超连续谱的研究得到快速的发展。其中，由美国的洛切斯特大学的G. P. Agrawal教授编写的《非线性光纤光学原理及应用》已经成为非线性光学领域的著作，为后人的研究打下了坚实的理论基础 光子晶体技术的研发标志了光纤通信领域向前迈进了一大步。通过调整光子晶体光纤内部缺陷的直径和相互距离就可以随意的调控光纤的色散和非线性特性。通过使用光子晶体光纤，便可以产出频谱更宽，平坦度更好的超连续谱。 通过整理最近几年的文献发现,近年来，国外对用于产生超连续谱的非线性光纤介质和超连续谱功率方面的研究较多。2015年Than Singh Saini等人对中红外超连续谱进行了分析、设计和数值模拟。使用新设计的三角型梯度折射率的光子晶体光纤（PCF）和峰值功率为3.5千瓦周期为50 fs激光脉冲，产生了宽带谱的超连续谱，并首次被报道[3]。Minkovich等人制作了两种特殊的非线性空气氧化硅微结构光纤来产生超连续谱（SC）。一个纤维在包层中有一个不规则的孔结构，另一个有规则的结构。在这两种纤维中，通过飞秒脉冲泵浦光纤产生SC。通过模式色散分析确定了SC的光谱特征和最佳泵浦条件。研究发现，在泵浦范围宽的光纤中可以产生不规则包层光纤中的SC。 2.2国内研究进展 近年来国内对于光纤中超连续谱产生的研究层出不重得到了快速发展。通过查阅近几年的文献发现，一些研究部门以及高校开始把注意力集中在非线性介质，超连续谱展宽上，在理论分析和实验这两个方面获得了不小的收获。发现国内比较突出的研究主要是关于 2.2.1用各种非线性介质产生超连续谱的研究： 朱磊等在《光学学报》上提出了采用高掺锗石英光纤产生中红外超连续谱，采用波长为2μm、脉冲宽度为50 ns的激光器作为光源,纤芯掺锗浓度为75%的石英光纤为非线性介质,进行了中红外超连续谱产生的研究。最终获得了较平坦的超连续谱输出,而且其长波限接近目前报道的基于同类光纤的超连续谱的最大长波限。徐永钊等人基于非线性薛定谔方程,数值研究了色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生。研究结果表明,初始啁啾对脉冲传输及超连续谱产生的影响与泵浦条件和光纤参量的选取有很大关系。 2.2.2不同的泵浦条件和不同的入射激光脉冲条件对于超连续谱影响的研究等等： 韦远飞等人研究了飞秒脉冲经过光子晶体光纤时超连续谱产生的物理机制。对进行了归一化处理后的不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下的超连续谱进行对比,分析影响光子晶体光纤超连续谱差异的物理机制。李小魁等通过非线性薛定谔方程模拟了不同激光脉冲形状在光子晶体光纤中传输时对超连续谱产生特性的影响. 2.2.3对于光纤中超连续谱功率的研究； 对于超连续谱功率这一块，国防科技大学的研究较为突出，其中侯静等，分析了高功率超连续谱光源的关键技术，利用脉冲光纤激光器抽运国产光子晶体光纤取得平均功率为１０１Ｗ的超连续谱输出；采用大模面积双包层光纤放大器直接输出超连续谱方案，得到１７７Ｗ近红外超连续谱输出；利用２μｍ脉冲光抽运ＺＢＬＡＮ光纤，获得１０Ｗ中红外超连续谱输出。赵磊等人，在《中国激光》中提出了一种全光纤结构的超连续谱光源，得到脉冲宽度为12ps、中心波长为1064nm的高功率超连续谱。 从以上可以看出，国内对于超连续谱研究这一块，以国防科大为代表，近年来取得了不错的研究成果。 3、总结与展望 超连续谱在近几年来发展迅速，通过概括近几年的国内外文章，发现它有以下几个发展趋势：对于用于产生超连续谱的光学介质的研究；对于泵浦和入射激光条件对于超连续谱的影响的研究，对于超连续谱的谱宽，功率和应用的研究等等，这些方面仍值得国内外的学者们在接下来的研究中进行探索。 参考文献 [1]朱磊等、基于高掺锗石英光纤的中红外超连续谱产生、《光学学报》2016. [2]苏国瑞等、基于增益开关激光器和HNLF的超连续谱产生实验研究、《光电子激光》2015. [3]徐永钊等、色散平坦渐减光纤中非线性啁啾脉冲的传输及超连续谱的产生、《发光学报》2016.

光纤通信非线性补偿的文献综述

光通信系统中非线性补偿算法的综述 摘要：文章第一部分首先引出本文所要讲述的主要的光纤通信系统：相干光正交频分复用系统(CO-OFDM)、波分复用系统(WDM)，然后对二者当中存在的各种干扰以及各自的优点进行分析，最后根据分析结果得出：非线性损伤是亟待解决的主流问题。第二部分针对这两种系统当中的非线性损伤的补偿问题介绍一下国内外的研究现状。第三部分根据国内外对非线性损伤的补偿的研究现状做出大胆的预测，并预测未来光通信系统的发展趋势。 关键词：CO-OFDM；WDM；非线性损伤；补偿算法； Abstract: The first part of the artical leads to about the main optical fiber communication systems: coherent optical orthogonal frequency division multiplexing (CO-OFDM), wavelength division multiplexing system (WDM),and then analyze various kinds of interference and their respective advantages existent in the two systems .,at last know that nonlinear damage is a mainstream problem to be solved.The second part of the issue introduced the research about the nonlinear compensation for these two systems .The third part of the artical make a bold prediction about the nonlinear compensation and forecast the development trend of future optical communication systems. Key words: CO-OFDM; WDM; nonlinear damage; compensation algorithm; 一前沿 当前，人们对通信容量的需求急剧增加，光纤通信技术以其超高速、大容量、长距离、高抗电磁干扰性和低成本等无可比拟的优点，成为解决骨干网络容量压力的最佳选择。 由于目前商用的光传输系统主要是以10Gbit/s为主的波分复用(Mavelength Division Multiplexing，WDM)系统[1]，为了提高波分复用(WDM)长距离光纤传输系统的容量，可以通过三种途径来处理：(1)增加波长通道数，减小信道间隔；(2)扩展新的频带；(3)提高单信道信号速率。目前在一些大容量WDM链路上，传输容量已经达到Tbit/s，如果想采用上述技术继续扩容就会产生很多限制因素：首先继续增加波长通道数，增加频谱效率，会使得通道间隔变窄，从而使光纤非线性效应尤其是信道间的串扰的抑制变得更加困难，同时对信道的复用/解复用器的要求也更加严格；其次，目前波长已应用了C和L波段，继续扩展新的频带来增加信道数量，将会向S、xL波段进而全波段发展，但相应波段的光放大器还不成熟。所以如果要继续提高系统的传输容量和带宽，就必须提高单信道传输速率，即将单信道速率从目前10Gbit/s提高至40Gbit/s甚至100Gbit/s，产生单信道高速光传输系统。但是随着单信道传输速率的大幅度提高，传统的强度调制/直接检测(IM/DD)系统面临着许多极限性的挑战：难度极大的色度色散(CD)以及色散斜率的补偿和管理；随机性的偏振模色散(PMD)，PMD极大的限制着系统的容量和传输距离，并被认为将是高码率IM/DD传输的最终限制因素[2]。文献研究表明，当光纤传输系统速率达到40Gbit/s及以上时，光纤的非线性损伤成为抑制系统传输性能的最主要因素之一[3]。光纤中的非线性效应包括：受激非弹性散射(包括受激布里渊散射和受激喇曼散射)、非线性折射率(Kerr)效应。光Kerr 效应包括自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)和四波混频(FWM)等[4]。 最近，无线通信领域中成熟的正交频分复用(OFDM)技术成为高速光传输中的一个研究热点。相干光正交频分复用（CO-OFDM）由于使用的数百个子载波均采用高阶调制格式，其频谱效率高，并对光纤色散和偏振模色散具有很好的鲁