发布时间 : 星期六 文章光孤子的形成及光通信中应用更新完毕开始阅读4af193442e3f5727a5e962d5
兰州交通大学毕业设计（论文）
图4-3 光孤子放大环镜的工作原理
输入脉冲u1经耦合器被分成u3和u4两部分：
u3?0，???ru1?0，?? （4-8）
u4?0，???i1?ru1?0，?? （4-9）
其中u3和u4分别代表沿环镜顺、逆时针方向传输脉冲的归一化复振幅,r/(1-r)为耦合器的功率耦合比,称r为耦合系数。
为便于与掺铒光纤放大器的放大结果比较,假设输入放大环镜的脉冲与计算图4-1和图4-2所使用的输入脉冲相同,所有的环镜参量?2、?、T2、?以及d也分别与前述掺铒光纤放大器的各项参量相同,耦合器的功率耦合系数r =0.55(非对称耦合)。图4-4(a)和图4-4(b)分别以线性和对数归一化强度示出经环镜放大输出的脉冲波形。此时环镜长度为92.6 m,脉冲峰值功率被放大165倍,压缩比为10.5(输出脉冲宽度为0.19ps),脉座能量仅占整个脉冲能量3.8%,表明放大后的脉冲非常接近双曲正割形状。
图4-4从时空的形状放大光纤（a）线性和（b）对数刻度环镜的发射脉冲，
（c）频谱和（d）的脉冲频率啁啾。该耦合器电源分裂系数为0.55，最佳长 度为92.6米环输入冲和其他参数?，d，?R的是相同的，δ为图2所用的
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由图4-4(c)可看出放大脉冲的频谱也接近双曲正割形状,只是在中心频率处出现轻微凹陷,这是由于放大脉冲在时域中具有少量脉座所引起的。图4-4(d)示出放大脉冲的频率啁啾特性,与图4-2(d)所示掺铒光纤放大器的输出特性相比,可见这里的频率啁啾非常小。由图4-4(a)和图4-4(c)可估算出放大脉冲的时间带宽积为0.303,非常接近双曲正割脉冲的变换极限值0.315；由图4-4(a)示出的峰值强度和脉宽可估算出放大脉冲的孤子阶数为1.23。
为验证放大脉冲的孤子特性,将其耦合入一段无增益的常规光纤,该光纤具有与放大环镜相同的群速度色散系数?2及非线性系数?。图5示出放大脉冲在上述光纤中的演化情况,这里光纤长度为101 m,若按输入端的脉冲宽度计算,该长度相当于110个孤子周期
?孤子周期z0??t0/2?2，其中t0?0.19ps为输入脉冲宽度2?。图4-5表明，由于放大脉冲
的孤子阶数大于1,因而在演化的初始阶段出现压缩现象,然后又由于频率啁啾的作用而逐渐展宽。非线性自相位调制与群速度色散的共同作用使得脉冲在演化过程中的啁啾愈来愈小,形状愈来愈稳定,并最终演化成宽度为0.26ps的基阶孤子。整个演化过程表明,由环镜输出的放大脉冲很大程度上具有基阶孤子的特性,通常称这类脉冲为类孤子脉冲。
图4-5 在图4纤维常规无损脉冲传输的传输显示
类孤子的产生源于环镜固有的开关特性,其基本原理如下:由于环镜耦合器的非对称性,使得沿环镜顺、逆时针方向传输的脉冲振幅不等,因而两者在放大过程中经历的非线性相移也不一样。当它们重新返回耦合器端口时,由于环镜长度选择合适,两脉冲中央部分会产生π相位差,而两翼处的相位差近似为零。干涉结果使得脉座被反射,与此同时透射出无脉座的类孤子脉冲。图4-6(a)示出在初始条件与图4-4相同的情况下顺、逆时针脉冲绕环一周后(干涉前)的波形,其中实线和虚线分别表示顺、逆时针脉冲,点画线表示干
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