【正文】 個(gè)信道的信號(hào)。因而，使用術(shù)語(yǔ)密集波分復(fù)用（ DWDMDense Wavelength Division Multiplexing），與此對(duì)照，還 有波長(zhǎng)密度較低的 WDM系統(tǒng)，較低密度的就稱(chēng)為稀疏波分復(fù)用（ CWDMCoarse Wave Division Multiplexing）。在本質(zhì)上， 頻率和波長(zhǎng)是緊密相關(guān)的，頻分也即波分，但在光通信系統(tǒng)中，由于波分復(fù)用系統(tǒng)分離波長(zhǎng)是采用光學(xué)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?nèi)詫烧叻殖蓛蓚€(gè)不同的系統(tǒng)。 目前 WDM技術(shù)己經(jīng)成為光纖通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù) ， 40Gbps的 WDM傳輸網(wǎng)絡(luò)已十分成熟， 100Gbps的 WDM傳輸網(wǎng)絡(luò)即將商業(yè)化，如何進(jìn)一步提升 WDM的傳輸速率和容量已成為人們研究的熱點(diǎn)， 這對(duì)于信息高速公路的建設(shè)、滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的信息需求是十分有意義的。 盡管 光時(shí)分復(fù)用 和光孤子技術(shù) 對(duì)擴(kuò)大光纖通信容量具有相當(dāng) 大的潛力， 近年來(lái) 這兩種技術(shù)的研究也有了很大進(jìn)展，但 由于 其涉及的技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待 解決，因 此，在 短期內(nèi)這兩種擴(kuò)容方式難以得以實(shí)用化 。 而 傳統(tǒng)的單通道光通信 網(wǎng) 絡(luò) 已經(jīng)難以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的 信息傳輸要 求，擴(kuò)大 光 通信 網(wǎng)絡(luò)的傳輸 容量成為必然趨勢(shì) 。但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用尚需時(shí)日，需要更多的科技工作者付出更多的努力 。當(dāng)波長(zhǎng)超過(guò)長(zhǎng)波彎曲損耗邊時(shí)，光纖會(huì)因?yàn)槟?chǎng)大量擴(kuò)散到低折射率區(qū)而經(jīng)受強(qiáng)烈的損耗。光纖非線(xiàn)性效應(yīng)通常用有 效非線(xiàn)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(zhǎng) ， 2n 是材料的非線(xiàn)性折射率 ， efA 是有效模場(chǎng)面 積，且： ? ?? ??? ???rdrErr24222e f fdEA （ ） 由式（ ）可知，通過(guò)改變 2n 或 efA （纖芯半徑 ? ），來(lái)改變光纖的非線(xiàn)性效應(yīng) 。圖 是實(shí)際測(cè)量 全內(nèi)反射光子晶體光纖 得到的色散曲線(xiàn) [18]，兩條實(shí)線(xiàn)分別是兩個(gè)不同偏振模式的色散曲線(xiàn)。（ ）式兩側(cè)對(duì) ? 求二階導(dǎo)數(shù)得 0ddnfn 1d nd 2e f fe f f2e f f2 ????????? ????????? ?? （ ） 根據(jù)（ ）式的定義，并對(duì)傳播常數(shù) 0? 按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)， 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(hào)相反。從 1z/?? 與 V的關(guān)系曲線(xiàn)（ 圖 ） 可知， 對(duì)于 11HE 模在 V， 1z/??與 V曲線(xiàn)的斜率為正，且在 V值小于 1z/?? 的二階導(dǎo)數(shù)為負(fù)值 ； 雖然圖 二階導(dǎo)數(shù)為正值，但是 V值的進(jìn)一步增大將導(dǎo)致多模傳輸，并且多模區(qū)的波導(dǎo)色散比材料色散要小得多，所以普通光纖無(wú)法將零色散點(diǎn)移到短波區(qū)。 湖北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(zhì)，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(xué)和熱學(xué)上是可以做到完全匹配的，也就是說(shuō)，纖芯和包層的折射率差不會(huì)由于材料的不相容性而受到限制，從而可以在很長(zhǎng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)得到較大的色散 。與普通階躍光纖在λ→ 0 時(shí) V→∞而導(dǎo)致多模不同，解標(biāo)量波方程的結(jié)果表明，短波條件下光子晶體光纖中光場(chǎng)集中在以氣孔為邊界的纖芯區(qū)，波長(zhǎng)越短，模場(chǎng)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(gè)特性已經(jīng)在理論上得到了證實(shí)，對(duì)于這個(gè)性質(zhì)，可以從標(biāo)準(zhǔn)階躍型光纖的公式來(lái)理解 ： 對(duì)于纖芯半徑為 ? ， 內(nèi) 芯和包層折射率分別為 1n 和 2n 的常規(guī)階躍光纖，導(dǎo)模的數(shù)目由歸一化頻率 V決定，有 V=（ ???/2 ）（ 2 1 n 22n 2/1） （ ） 當(dāng) V 值小于 時(shí)， 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(zhǎng) 一般大于 1um。這些特性突破了傳統(tǒng)光纖光學(xué)的局限，大大拓展了光子晶體光纖的應(yīng)用范圍，在超快激光光學(xué)、光通信、微光電子學(xué)及強(qiáng)場(chǎng)物理學(xué)等領(lǐng)域 開(kāi)辟了新的研究方向。由于光子帶隙效應(yīng)，光波被自然 地限制在了纖芯中傳播，這樣就會(huì)大大減小傳輸 損耗，具有很大的實(shí)用價(jià)值。 尤其是當(dāng)包層空 氣比例很大時(shí)，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(lèi)： 折射率引導(dǎo) （ TIR） 光子晶體光纖和光子帶隙 （ PBG） 光子晶體光纖。通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)氣孔的位置、大小和間距，可對(duì)某一波段形成帶隙。 圖 光子晶體的分類(lèi) [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(lèi) 基于光子晶體 導(dǎo)光機(jī)理， 1992首次提出光子晶體光纖（ Photonic Crystal Fiber； PCF） 的概念 [11]。當(dāng)在光子晶體中引入缺陷使其周期性結(jié)構(gòu)遭到破壞時(shí)，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(jié)論和展望 ，總結(jié)本論文的主要工作，并對(duì)研究 前景 進(jìn)行了展望。 論文內(nèi)容安排 本論文 內(nèi) 容安排： 本論文 第一章為緒論 ，簡(jiǎn)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(shù)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(xiàn)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(duì)光波的吸收和瑞利散射是本征的，是無(wú)法避免的。這一紀(jì)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(shù)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用部署，經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展 40Gbps的 DWDM商用系統(tǒng)已日臻成熟。 2021年中國(guó)第一套 DWDM系統(tǒng)在武漢郵電科學(xué)研究院誕生。到 1998年，大約 90％的長(zhǎng)途通信線(xiàn)路裝用 DWDM系統(tǒng)已達(dá)到一根光纖傳輸?shù)目側(cè)萘?400Gbps。因此從 1995年開(kāi)始 WDM技術(shù) 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(fù)用（ DWDM）系統(tǒng)。 WDM（波分復(fù) 用）技術(shù)是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，是指在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)的光載波信號(hào)， WDM是 在光纖 中實(shí)行的頻分復(fù)用技術(shù)， 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(shí)行的多波長(zhǎng)復(fù)用技術(shù)。 PCF的色散補(bǔ)償作用在高速率、大容量、遠(yuǎn)距離的 WDM系統(tǒng)中將會(huì)具有極大的應(yīng)用價(jià)值。 2021年 1月，Wadsworth等人報(bào)導(dǎo)了利用大模面積空氣包層 PCF研制的高功率 PCF激光器，其結(jié)構(gòu)為雙程后向線(xiàn)性腔結(jié)構(gòu)，最大輸出功 率 ，斜率效率 30%，實(shí)現(xiàn)單橫模運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。莫斯科大學(xué) 等人也進(jìn)行了包層具有周期分布空氣導(dǎo)孔的多孔光纖的研制。近年來(lái)光子晶體光纖的 出現(xiàn)引起了人們的廣泛關(guān)注，光子晶體光纖導(dǎo)光機(jī)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(zhì)區(qū)別，使 其 具 備了 很多傳統(tǒng)光纖難以達(dá)到的優(yōu)越特性，使人們?cè)诮鉀Q上述問(wèn)題時(shí)看到了新的希望 。但它 的主要缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生調(diào)制不穩(wěn)定現(xiàn)象或不能利用自相位調(diào)制來(lái)擴(kuò)大色散受限傳輸距離。但是當(dāng) WDM系統(tǒng)大量推廣應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于 EDFA在 WDM中的使用，使進(jìn)入光纖的光功率有很大的提高，而導(dǎo)致交叉相位調(diào)制和四波混頻等非線(xiàn)性效應(yīng)出現(xiàn)。 于 1310nm，但自從 EDFA問(wèn)世以后，光纖通信已經(jīng)從 1310nm轉(zhuǎn)到了 1550nm。不久以后利用了 光放大器（ Optical Amplifier） 和波分復(fù)用（ Wavelength Division Multiplexing； WDM）技術(shù)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(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 通信 系統(tǒng)的容量開(kāi)始 以每六個(gè)月增加一倍的方式大幅躍進(jìn) ，目前已達(dá)到 ，較第一代的傳輸速率快近 10萬(wàn)倍 [1]。 到了 1987年， 一個(gè)商用光纖通 信 系統(tǒng)的傳輸速率已經(jīng)高達(dá) ，比第一個(gè)光纖通 信 系統(tǒng)的速率快了將近四十倍之 多 ，同時(shí)傳輸?shù)墓β逝c訊號(hào)衰減的問(wèn)題也有顯著改善， 間隔 50公里才需要一個(gè)中繼器增強(qiáng)訊號(hào)。 本文 以 光子晶體光纖為研究對(duì)象，將光子晶體光纖應(yīng)用于 WDM系統(tǒng) 中，并使用 Optisystem軟件對(duì)其傳輸性能做了仿真研究 。 但傳 統(tǒng)的光纖很難滿(mǎn)足這些要求，這就限制了光網(wǎng)絡(luò)容量和 傳輸速率 的進(jìn)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(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III pattern。 研究了色散對(duì)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(zhǎng)距離通信系統(tǒng)中使用。 本文利用 Optisystem軟件對(duì)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(nèi)容： 研究了 光子晶體光纖 WDM系統(tǒng) 光源發(fā)射功率對(duì)其性能的影響 ，側(cè)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(mǎn)足這些要求，這就限制了光網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸速率的進(jìn)一步提高。在 WDM系統(tǒng)中，理想 的光纖應(yīng)該具有很小的衰減、適當(dāng)?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(dú)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(xiàn)性等問(wèn)題，因而近幾年來(lái)對(duì)光子晶體光纖的研究備受關(guān)注。 研究 發(fā)現(xiàn)在低功率時(shí) NRZ碼型比 RZ碼型的抗噪性能好； 在高功率時(shí) RZ碼型比 NRZ碼型的抗非線(xiàn)性能力強(qiáng)。同時(shí)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(xué)理學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（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