初始啁啾对光信号传输影响的仿真分袁中保,朱军,刘志超(安徽大学电子科学与技术学院,安徽合肥230039)摘要:在群速度色散和自相位调制的共同作用下,可用分步傅里叶方法模拟初始啁啾对高斯脉冲在光纤中传输的影响。由于存在初始啁啾,使高斯脉冲在传输过程出现一些新的现象。数值模拟结果表明:在正常色散区,非啁啾的高斯脉冲能够保持原来的形状传输较长一段距离,当C<0,且-5<C<-1时,脉冲在传输的初始阶段,出现短暂的窄化现象,然后随着传输距离的增加,脉冲迅速展宽;当0<C<3时,脉冲缓慢展宽,脉冲形状基本不变;但当C>4时,脉冲将随着传输距离的增加剧烈展宽,同时脉冲峰值也会偏移,当C>6时,脉冲形状发生剧烈畸变。在反常色散区,可得到类似的结果。研究结果对于克服码间干扰、提高光信号传输质量提供了有意义的指导。关键词:初始啁啾;高斯脉冲;群速度色散;自相位调制中图分类号:TP929.1文献标识码:A文章编号:1673-629X(2009)11-0171-04SimulationAnalysisofInfluenceofInitialChirponPropagationofOpticalYUANZhong2bao,ZHUJun,LIUZhi2chaoAbstract:Underthecombinedeffectsofgroup-velocitydispersionandself-phasemodulation,thestepFouriermethodcanbeusedtosimulatethepropagationofinitialchirpedGaussianpulsesinsidefiber.Fortheexistingofinitialchirp,somenewphenomenaofGaussianpulsesemergeduringtheprocessofpropagation.Numericalsimulationresultsshowthat:inthenomalous-dispersionregime,non-chirpedGaussianpulsescankeeptheirshapesandpropagatealongerdistanceinsidethefiber.Thephenomenonofpulseshapecompres2sionappearsattheinitialstageofpropagationintherangeofC<0,and-5<C<-1,andpulsesarebroadenrapidlywiththeincreaseofpropagationdistance;Intherangeof0<C<3,pulsewidthisbroadenslowly,andpulseshapewillremainbasicallyunchanged;ButpulsewillbebroadenrapidlyandsharplywiththeincreaseofpropagationandthepeakpulsealsobeoffsettedintherangeofC>4,andifwhenintherangeofC>6,pulseshapeisdistorted.Similarresultsareavailableintheabnomalous-dispersionregime.Theresultsprovideameaningfulguideforovercominginter-symbolinterferenceandimprovingpropagationqualityofopticalsignals.引言区(β2<0),自相位调制引起的脉冲压缩平衡了群速度色散引起的脉冲展宽,从而使光脉冲在光纤中保持原来的形状实现长距离传输。但从激光器发出的光脉冲通常都存在初始啁啾,在这种情况下,脉冲形状在传输过程就会表现一些新的特征。文中从分步傅里叶方法入手,通过数值仿真分别分析正常色散区(β2>0)和反常色散区初始啁啾如何影响高斯脉冲在光纤中的传输,对于今后进一步研究光通信中信号传输具随着光学理论的进一步发展,光通信中信号传输性的研究成为人们研究的热门课题1～3。当光脉冲光纤中传输时,会发生一些有趣的现象,在光纤长度µLD且LµLNL(其中LD为色散长度,LNL为非线长度)时,群速度色散(GVD)和自相位调制(SPM)时影响光脉冲的传输,二者的相互作用所产生的影不同于各自单独作用所产生的影响[4],在稿日期:2009-03-04;修回日期:2009-06-08金项目:国家自然科学基金资助项目(60772123);安徽大学人才伍建设经费资助项目(02203105)者简介:袁中保(1974-),男,安徽寿县人,硕士研究生,研究方向理论模型及数值算法11.1理论模型如果只考虑GVD和SPM,可用非线性薛定谔方程5描述脉冲在光纤中的传输。9Ui92U过程(参见C=-2的曲线在C=0曲线以下的部分),说明初始啁啾可以补偿一阶色散引起的脉冲展宽[8],而后脉冲在一阶色散的作用下又迅速展宽,说明光脉冲的初始啁啾对一阶色散的补偿是有限度的。以下按照方程(3)至(6)的步骤进行数值模拟可以得到同样的结果。i29Z=2L+L|U|U(1)τ2D9NL2其中U为归一化振幅,Z为传输距离,LD=T0/|β2|,LNL=1/(γP0),τ=T/T0,T0为Z=0时的脉冲宽度,β2为二阶色散系数,γ为非线性系数,P0为入射光脉冲初始功率。当Z=0时,初始啁啾的高斯脉冲如下式所示。1+iC(T)2]U(0,T)=exp[-(2)2T0式中C为啁啾参量,T0为初始脉宽。1.2数值算法文中采用分步傅里叶方法6模拟初始啁啾如...