【正文】 個信道的信號。因而，使用術語密集波分復用（ DWDMDense Wavelength Division Multiplexing），與此對照，還 有波長密度較低的 WDM系統(tǒng)，較低密度的就稱為稀疏波分復用（ CWDMCoarse Wave Division Multiplexing）。在本質上， 頻率和波長是緊密相關的，頻分也即波分，但在光通信系統(tǒng)中，由于波分復用系統(tǒng)分離波長是采用光學分光元件，它不同于一般電通信中采用的濾波器，所以 在此 我 們仍將兩者分成兩個不同的系統(tǒng)。 目前 WDM技術己經(jīng)成為光纖通信網(wǎng)絡的基礎技術 ， 40Gbps的 WDM傳輸網(wǎng)絡已十分成熟， 100Gbps的 WDM傳輸網(wǎng)絡即將商業(yè)化，如何進一步提升 WDM的傳輸速率和容量已成為人們研究的熱點， 這對于信息高速公路的建設、滿足人們日益增長的信息需求是十分有意義的。 盡管 光時分復用 和光孤子技術 對擴大光纖通信容量具有相當 大的潛力， 近年來 這兩種技術的研究也有了很大進展，但 由于 其涉及的技術相當復雜，一些關鍵技術還有待 解決，因 此，在 短期內這兩種擴容方式難以得以實用化 。 而 傳統(tǒng)的單通道光通信 網(wǎng) 絡 已經(jīng)難以滿足日益增長的 信息傳輸要 求，擴大 光 通信 網(wǎng)絡的傳輸 容量成為必然趨勢 。但要實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應用尚需時日，需要更多的科技工作者付出更多的努力 。當波長超過長波彎曲損耗邊時，光纖會因為模場大量擴散到低折射率區(qū)而經(jīng)受強烈的損耗。光纖非線性效應通常用有 效非線性系數(shù) ? 表示： e f f2e f f2 An2Anc ???? ?? （ ） 其中， c 為真空光速， ? 、 ? 分別 為真空中的光頻率和波長 ， 2n 是材料的非線性折射率 ， efA 是有效模場面 積，且： ? ?? ??? ???rdrErr24222e f fdEA （ ） 由式（ ）可知，通過改變 2n 或 efA （纖芯半徑 ? ），來改變光纖的非線性效應 。圖 是實際測量 全內反射光子晶體光纖 得到的色散曲線 [18]，兩條實線分別是兩個不同偏振模式的色散曲線。（ ）式兩側對 ? 求二階導數(shù)得 0ddnfn 1d nd 2e f fe f f2e f f2 ????????? ????????? ?? （ ） 根據(jù)（ ）式的定義，并對傳播常數(shù) 0? 按泰勒級數(shù)展開， 可以得到光子晶體包層群速度色散參數(shù)為 2e f f2232e f f2e f f2 d ndc2d ndddn2c1 ??????? ??????? ?? （ ） 及色散參量 D=2e f f2221 d ndcc2dd ??????? ???? （ ） 其中根據(jù)定義， 2? 與 D值的符號相反。從 1z/?? 與 V的關系曲線（ 圖 ） 可知， 對于 11HE 模在 V， 1z/??與 V曲線的斜率為正，且在 V值小于 1z/?? 的二階導數(shù)為負值 ； 雖然圖 二階導數(shù)為正值，但是 V值的進一步增大將導致多模傳輸，并且多模區(qū)的波導色散比材料色散要小得多，所以普通光纖無法將零色散點移到短波區(qū)。 湖北工業(yè)大學理學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 10 靈活的 色散特性 光子晶體光纖具有良好的色散性質，不像普通光纖，光子晶體光纖可以由單一材料制成，因此纖芯和包層在力學和熱學上是可以做到完全匹配的，也就是說，纖芯和包層的折射率差不會由于材料的不相容性而受到限制，從而可以在很長的波長范圍內得到較大的色散 。與普通階躍光纖在λ→ 0 時 V→∞而導致多模不同，解標量波方程的結果表明，短波條件下光子晶體光纖中光場集中在以氣孔為邊界的纖芯區(qū)，波長越短，模場在含氣孔的包層區(qū)的能量越小。 T. A. Birks 等人提出的光子晶體光纖的等效折射率模型 [14,15]光子晶體光纖具有比普通單模光纖大得多的單模傳輸頻帶。這個特性已經(jīng)在理論上得到了證實，對于這個性質，可以從標準階躍型光纖的公式來理解 ： 對于纖芯半徑為 ? ， 內 芯和包層折射率分別為 1n 和 2n 的常規(guī)階躍光纖，導模的數(shù)目由歸一化頻率 V決定，有 V=（ ???/2 ）（ 2 1 n 22n 2/1） （ ） 當 V 值小于 時， 光纖維持單模特性。不管光纖尺寸放大或縮小，仍可保持其單模傳輸特性。普通單模光纖的截止波長 一般大于 1um。這些特性突破了傳統(tǒng)光纖光學的局限，大大拓展了光子晶體光纖的應用范圍，在超快激光光學、光通信、微光電子學及強場物理學等領域 開辟了新的研究方向。由于光子帶隙效應，光波被自然 地限制在了纖芯中傳播，這樣就會大大減小傳輸 損耗，具有很大的實用價值。 尤其是當包層空 氣比例很大時，可以看成其纖芯直接置于空氣中。根據(jù)光 子晶體光纖的傳輸原理，人們通常將光子晶體光纖分為兩大類： 折射率引導 （ TIR） 光子晶體光纖和光子帶隙 （ PBG） 光子晶體光纖。通過適當設計氣孔的位置、大小和間距，可對某一波段形成帶隙。 圖 光子晶體的分類 [10] （不同灰度代表不同折射率，箭頭所 示為光子帶隙所在的方向） 光子晶體光纖的概念和分類 基于光子晶體 導光機理， 1992首次提出光子晶體光纖（ Photonic Crystal Fiber； PCF） 的概念 [11]。當在光子晶體中引入缺陷使其周期性結構遭到破壞時，光子能隙就形成了具有一定頻率寬度的缺陷區(qū)。如圖 。 最后是結論和展望 ，總結本論文的主要工作，并對研究 前景 進行了展望。 論文內容安排 本論文 內 容安排： 本論文 第一章為緒論 ，簡單的介紹了一下光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程，光子晶體光纖的研究 背景和發(fā)展， WDM技術發(fā)展和現(xiàn)狀。如此高的光功率使光纖的折射率改變并產(chǎn)生非線性，成為限制 WDM系統(tǒng)性能的因素。由于 化硅，因此其材料色散是固有的，而且二氧化硅對光波的吸收和瑞利散射是本征的，是無法避免的。這一紀錄把目前海纜的傳輸容量提升了 10倍 [7]。該系統(tǒng) 2021年 40Gbps的 DWDM系統(tǒng)作為骨干網(wǎng)提升速率的技術開始實現(xiàn)大規(guī)模商用部署，經(jīng)過近幾年的發(fā)展 40Gbps的 DWDM商用系統(tǒng)已日臻成熟。 2021年中國第一套 DWDM系統(tǒng)在武漢郵電科學研究院誕生。到 1998年，大約 90％的長途通信線路裝用 DWDM系統(tǒng)已達到一根光纖傳輸?shù)目側萘?400Gbps。因此從 1995年開始 WDM技術 發(fā)展很快，特別是基于摻鉺光纖放大器 EDFA的 1550nm窗口密集波分復用（ DWDM）系統(tǒng)。 WDM（波分復 用）技術是光纖通信中的一種傳輸技術，是指在一根光纖中同時傳輸多個波長的光載波信號， WDM是 在光纖 中實行的頻分復用技術， 與光纖有著不可分割的聯(lián)系，目前 WDM系統(tǒng)是在 1550nm窗口實行的多波長復用技術。 PCF的色散補償作用在高速率、大容量、遠距離的 WDM系統(tǒng)中將會具有極大的應用價值。 2021年 1月，Wadsworth等人報導了利用大模面積空氣包層 PCF研制的高功率 PCF激光器，其結構為雙程后向線性腔結構，最大輸出功 率 ，斜率效率 30%，實現(xiàn)單橫模運轉[4]。莫斯科大學 等人也進行了包層具有周期分布空氣導孔的多孔光纖的研制。近年來光子晶體光纖的 出現(xiàn)引起了人們的廣泛關注，光子晶體光纖導光機理與傳統(tǒng)光纖完全不同，使得光子晶體光纖與傳統(tǒng)光纖產(chǎn)生了本質區(qū)別，使 其 具 備了 很多傳統(tǒng)光纖難以達到的優(yōu)越特性，使人們在解決上述問題時看到了新的希望 。但它 的主要缺點是可能產(chǎn)生調制不穩(wěn)定現(xiàn)象或不能利用自相位調制來擴大色散受限傳輸距離。但是當 WDM系統(tǒng)大量推廣應用時發(fā)現(xiàn)，由于 EDFA在 WDM中的使用，使進入光纖的光功率有很大的提高，而導致交叉相位調制和四波混頻等非線性效應出現(xiàn)。 于 1310nm，但自從 EDFA問世以后，光纖通信已經(jīng)從 1310nm轉到了 1550nm。不久以后利用了 光放大器（ Optical Amplifier） 和波分復用（ Wavelength Division Multiplexing； WDM）技術的第四代高速光纖通信 系統(tǒng)誕生，自此 光纖湖北工業(yè)大學理學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 2 通信 系統(tǒng)的容量開始 以每六個月增加一倍的方式大幅躍進 ，目前已達到 ，較第一代的傳輸速率快近 10萬倍 [1]。 到了 1987年， 一個商用光纖通 信 系統(tǒng)的傳輸速率已經(jīng)高達 ，比第一個光纖通 信 系統(tǒng)的速率快了將近四十倍之 多 ，同時傳輸?shù)墓β逝c訊號衰減的問題也有顯著改善， 間隔 50公里才需要一個中繼器增強訊號。 本文 以 光子晶體光纖為研究對象，將光子晶體光纖應用于 WDM系統(tǒng) 中，并使用 Optisystem軟件對其傳輸性能做了仿真研究 。 但傳 統(tǒng)的光纖很難滿足這些要求，這就限制了光網(wǎng)絡容量和 傳輸速率 的進一步提高 。 in the case of highpower, the impact of nonlinear effects on the system is the dominant factor, and find the best transmitting launch power of the two patterns. Secondly， we study the influence of the modulation pattern on the transmission performance of the PCF WDM system. The study found: in the case of lowpower, the antinoise performance of the NRZ pattern is better than the RZ 湖北工業(yè)大學理學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） III pattern。 研究了色散對光子晶體光纖 WDM系統(tǒng)的影響。 RZ碼型更適合在高速速率的長距離通信系統(tǒng)中使用。 本文利用 Optisystem軟件對基于光子晶體光纖的 WDM系統(tǒng)的其傳輸性能做了仿真研究，主要研究了以下內容： 研究了 光子晶體光纖 WDM系統(tǒng) 光源發(fā)射功率對其性能的影響 ，側重 研究 了NRZ碼型和 RZ碼型的 光子晶體光纖 WDM系統(tǒng) 的功率特性 。但傳統(tǒng)的光纖很難滿足這些要求，這就限制了光網(wǎng)絡容量和傳輸速率的進一步提高。在 WDM系統(tǒng)中，理想 的光纖應該具有很小的衰減、適當?shù)纳?、很低的偏振模色散，較大的有效面積、理想的彎曲損耗特性等。 光子晶體光 纖以其獨特的傳輸特性，很好的解決了光纖傳輸中遇到的損耗、色散和非線性等問題，因而近幾年來對光子晶體光纖的研究備受關注。 研究 發(fā)現(xiàn)在低功率時 NRZ碼型比 RZ碼型的抗噪性能好； 在高功率時 RZ碼型比 NRZ碼型的抗非線性能力強。同時確定其最大傳輸距離為 850km，最佳的傳輸距離為 700km。 湖北工業(yè)大學理學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） II Abstract As human society enter the information age, the demands of information continue to increase, leading to exponential growth of global information transmission amount and a higher demand on the munication work bandwidth, capacity and transfer rate, in this context， the technology of WDM es into being. In the WDM system, the ideal fiber should have characteristics of small attenuation, appropriate dispersion, low polarization mode dispersion， large effective area and ideal bending loss. However, the conventional optical fiber is difficult to meet these requirements, which limits further improve the capacity and transfer rate of optical work. To solve this problem, people begin to study new kinds of fiber. Photonic crystal fiber studied in this article is one of them. The theoretical results show that this fiber has many excellent transmission characteristics, such as uncu