超高斯脉冲在常规单模光纤中的传输特性分析

本文从非线性薛定谔方程出发,应用分步傅立叶变换法仿真超高斯脉冲在常规单模光纤(G.652)1550nm波段上的传输。分析了二阶群速度色散(GVD)、自相位调制(SPM)对传输特性的影响,讨论了输入功率变化以及有初始啁啾情况时脉冲的演变情况,从而得出了在负色散区域实现光脉冲无啁

超高斯脉冲在常规单模光纤中的传输特性分析

鹿晴晴

北京邮电大学光通信与光波技术教育部重点实验室，北京（100876）

E-mail：qingqinglu111@

摘 要：本文从非线性薛定谔方程出发，应用分步傅立叶变换法仿真超高斯脉冲在常规单模光纤（G.652）1550nm波段上的传输。分析了二阶群速度色散(GVD)、自相位调制(SPM)对传输特性的影响，讨论了输入功率变化以及有初始啁啾情况时脉冲的演变情况，从而得出了在负色散区域实现光脉冲无啁啾稳定传输的条件。

关键词：常规单模光纤（G.652），二阶群速度色散（GVD），自相位调制(SPM)，啁啾脉冲

中图分类号：TN91

1. 引言

超高斯脉冲通常由直接调制半导体激光器产生，具有比高斯脉冲更为陡峭的前沿和后沿，在现代光通信中得到广泛应用。光脉冲在光纤中传输，脉冲形状受损耗、二阶群速度色散（GVD）等线性特性的影响，随着输入功率的增加，自相位调制（SPM）等非线性效应开始增强[1]。本文从薛定谔方程出发，应用分步傅立叶变换法对超高斯脉冲在常规单模光纤（G.652）中1550nm波长上的线性、非线性传输特性进行仿真，从而得出脉冲波形随传输距离的演变情况，分析仿真结果，得出了实现超高斯脉冲无啁啾稳定传输的条件。

2. 理论基础

光脉冲在单模光纤中传输的非线性薛定谔方程为[2]:

Uαi 2U1 3U2= U β2+β+iγPU （1） 30 z22 T26 T3

其中U为脉冲包络归一化复振幅，P0为输入脉冲峰值功率，α为光纤的损耗系数，β2、β3分别为光纤的二阶、三阶群速度色散系数，γ为光纤非线性系数。

运用分步傅立叶方法，把方程（1）写成以下形式[3]：

U +N )U （2） =(D z

是非线性算子，它表示脉冲传 是微分算子，它表示线性介质的色散和损耗，N式中D

输过程中的非线性效应。表达式分别为：

α1 21 3 D= β22+β33 （3） 22 T6 T

=iγP2 （4） N0

一般情况下，脉冲沿光纤传播时受到色散和非线性的共同作用，而分步傅立叶法假设当传播距离很小时而者是相互独立作用的。即脉冲由0 传播到z 分两步进行，第一步仅有非

=0，第二步,仅有色散作用，方程（2）中N =0。 线性作用，方程（2）中D

因此方程可以分以下两步求解，得：