【正文】 環(huán)形孤子激光器( FRL )的工作原理為: 光信號經(jīng)起偏器后變?yōu)榫€偏振光，而線偏振光經(jīng)偏振控制器( PC) 后變成橢圓偏振光，橢圓偏振光可看成兩個振幅不等但偏振相互垂直的線偏振光的合成，這兩個線偏振光沿光纖相互耦合傳輸，受到光纖中非線性( SPM， XPM), . 圖38 光纖環(huán)形孤子激光器的結(jié)構(gòu)為了研究方便, 我們把由非線性偏振旋轉(zhuǎn)所引起的附加脈沖鎖模等效為快速飽和吸收體的作用。 圖36濾波后的SHG曲線 被動鎖模光纖環(huán)形孤子激光器實現(xiàn)超高速光通信, 激光器可產(chǎn)生短至的光沖, 但這種激光器的重復(fù)頻率不夠穩(wěn)定。利用自制的摻餌光纖放大器模塊，對濾波后的光脈沖進(jìn)行了放大。為避免濾波器中心頻率受外界影響而發(fā)生漂移，F(xiàn)一P腔的一個反射鏡裝有壓電陶瓷，并與單片機(jī)反饋控制電路相連，使濾波器工作性能保持穩(wěn)定。濾波器采用準(zhǔn)光纖型結(jié)構(gòu)，由一對帶尾纖的自聚焦棒組成。據(jù)此，可以根據(jù)需要改變激光器的工作條件，得到不同輸出特性的超短光脈沖。隨著偏置電流增加，譜寬也增加。從圖中看出，當(dāng)調(diào)制功率增加時，激光器輸出的脈沖更窄，峰值功率更高。在某一偏置電流下，脈沖最窄。為得對超短光脈沖最佳輸出特性，我們對增益開關(guān)半導(dǎo)體激光器的輸出特性與工作參數(shù)以及外部調(diào)制信號的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗研究。它利用半導(dǎo)體激光器張弛振蕩的第一個尖峰作輸出。然而，采用這種激光器產(chǎn)生的超短光脈沖，伴隨著很強(qiáng)的頻率嘀啾，頻譜很寬，不宜送入光纖中傳輸，必須采用濾波方法將惆啾濾除。第三章 光孤子源光纖孤子通信是利用非線性效應(yīng)補(bǔ)償光纖色散的一種新的通信方法，是未來高速長距離通信的優(yōu)選方案。另外，如果采用波分復(fù)用、偏振復(fù)用和正交偏振等技術(shù)，光孤子傳輸系統(tǒng)的有效碼率還可以提高數(shù)倍，甚至能達(dá)到Tbit/s數(shù)量級。1996年，日本KDD公司與美國ATamp。當(dāng)然，從理論上講，使用導(dǎo)頻濾波器控制ASE噪聲的技術(shù)可在無限大的距離上進(jìn)行孤子傳輸，但在實際上，該技術(shù)僅實現(xiàn)了106km的孤子傳輸?！　ordonHaus經(jīng)過研究分析，提出了總的定時誤差限制： BL≈3104() (223)式中：B為比特率，L為傳輸距離。其缺點(diǎn)是孤子幅度與能量起伏較大，會產(chǎn)生色散波，因而穩(wěn)定性不如分布式的好。同時可用半導(dǎo)體激光器來實現(xiàn)，通信的容量大，泵站的間隔長（比以下介紹的集總式的長2倍以上），且插入的損耗小、噪聲低等等。所以，這個方法距光孤子通信的實用化還有一定的距離。目前所應(yīng)用的孤子放大技術(shù)有兩種，一種是分布式光放大技術(shù)，最大的特點(diǎn)是可以對光信號直接進(jìn)行放大，所使用的是受激喇曼散射（SRS）放大器或分布式摻餌光纖放大器（EDFA）。孤子激光器盡管種類很多，但應(yīng)用于通信的激光器必須滿足體積小、成本低和壽命長等要求。其中孤子光源、孤子放大以及對ASE噪聲控制技術(shù)的選擇已成為光孤子傳輸系統(tǒng)中核心的技術(shù)問題。 光孤子傳輸系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù) 光孤子傳輸系統(tǒng)　　將光孤子作為信息載波可實現(xiàn)光纖孤子通信，其傳輸系統(tǒng)如圖24所示。②其次在光放大系統(tǒng)當(dāng)中，由于放大孤子的定時抖動。然而在周期放大條件下，孤子之間的FWM效應(yīng)即使在滿足孤子碰撞距離大于2倍放大間距時也不能消除，且隨著碰撞次數(shù)增加而增加,會引起孤子的能量抖動和位置的定時抖動，在有ASE噪聲的情況下，這種抖動會更加劇烈。在WDM系統(tǒng)當(dāng)中，F(xiàn)WM是限制該系統(tǒng)的主要因素之一。對于大于10Gb/s的孤子傳輸系統(tǒng)，長程作用較為明顯。(4)孤子間相互作用的影響。當(dāng)頻率惆啾超過某一臨界值時，孤子形成被破壞，運(yùn)用逆散射方法可得到這個臨界值(A=)。且頻移速率與孤子脈寬的4次方成正比，同時拉曼效應(yīng)與ASE噪聲聯(lián)合作用，影響孤子的傳輸特性。對三階色散的研究表明，在偏離零色散波長時，一般三階色散較小，采用守恒量擾動法求解，發(fā)現(xiàn)其不影響孤子的頻率與幅度，卻改變脈沖位置及相位。1986年Gordon和Haus 采用看守恒量擾動方法研究ASE噪聲對光孤子系統(tǒng)的影響，指出和線性系統(tǒng)不同的是，這些噪聲并非加性噪聲，它會引起孤子的頻率調(diào)制，在色散光纖中，最終導(dǎo)致孤子中心位置的定時抖動。具體表現(xiàn)在如下幾個方面:(1)NLSE考慮光纖損耗時，傳輸方程(221)引入損耗，方程變得不可積，在孤子傳輸理論中，常用歸一化損耗Γ來表征實際損耗，定義為一個色散長度內(nèi)的光纖損耗，當(dāng)輸入的脈沖寬度和色散變化時，若Γl，此時孤子具有保持幅度和脈寬積為一常數(shù)的特點(diǎn)，傳輸方程可用守恒量擾動法求解。在初始輸入脈沖為和位置無關(guān)的雙曲正割(Sech)函數(shù)條件下，Zakharov和Shabat采用Lax方法解析了方程(221)，得出穩(wěn)定的脈沖解: (222)式中，為孤子的幅度，頻率，時間位置以及相位四參數(shù)。方程中亦忽略了損耗和高階色散的影響。式(213)和式(214)在形式上與量子學(xué)中的薛定謬方程完全類似，稱謂非線性薛定愕方程，是支配光脈沖包絡(luò)傳輸演化的基本方程。當(dāng)，上式的解可表示為，的任意函數(shù)，表明光脈沖包絡(luò)以群速傳播，因此在以群速移動的新的坐標(biāo)系 （211）中來處理問題，式中為相對譜寬，為小量，這時式(29)變?yōu)? （212）普通單模光纖，纖芯截面約，當(dāng)注入光功率約時，光場為量級，折射率約量級。和分別代表快變部分光載波的傳播常數(shù)和角頻率。孤子的這個特性啟示人們，僅僅簡單周期性地給孤子脈沖補(bǔ)充損耗掉的能量，就能使孤子脈沖恢復(fù)其原形狀，并穩(wěn)定不變形地傳輸?shù)綗o窮遠(yuǎn)處，而不需像線形系統(tǒng)那樣，在每個中繼站使光脈沖再生和放大。圖22 三階（N=1）光孤子在一個周期內(nèi)的包絡(luò)演化　　圖22為三階孤子在一個周期內(nèi)的包絡(luò)變化，其中表示為非歸一化長度。第三項表示非線形效應(yīng)，方程右端表示光纖損耗特性。方程左端第一項表示光強(qiáng)包絡(luò)以群速運(yùn)動；第二項表示色散影響，其中稱為符號函數(shù)，即根據(jù)是正值（正常群速色散區(qū)）或否值（反常群速色散區(qū)）取值為+1或1。另外，相對在群速度色散（GVD）的反常色散區(qū)，脈沖的高頻（藍(lán)移）分量運(yùn)動速度要高于低頻（紅移）分量，而自相位調(diào)制（SPM）效應(yīng)所導(dǎo)致的脈沖前沿譜紅移又使脈沖前沿運(yùn)動速度減慢和脈沖后沿由于譜藍(lán)移而加快運(yùn)動速度，進(jìn)而使得脈沖變窄，正好與群速度色散在反常色散區(qū)的脈沖展寬的趨勢相對應(yīng)。其起源于光纖的折射率n與電場強(qiáng)度I之間的非線性效應(yīng)—克爾（kerr）效應(yīng)，即：。研究的結(jié)果表明， =1310nm處為零色散波長，λ稱之為反常色散區(qū)域，λ稱之為正常色散區(qū)域。第二章 光孤子傳輸基礎(chǔ)及其系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)光孤子是由光纖中兩種最基本的物理現(xiàn)象，即群速度色散（GVD）和自相位調(diào)制（SPM）共同作用形成的。在增大傳輸距離方面采用重定時，整形，再生技術(shù)和減少ASE，光學(xué)濾波使傳輸距離提高到100000公里以上。是一場光纖通信的革命。它在發(fā)展的前景上具有無可比擬的優(yōu)越性。采用惆啾光柵對20Gb/s信號在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中傳105km后造成的色散進(jìn)行補(bǔ)償。在光端機(jī)的發(fā)送端加后置式EDAF，在接收端加低噪聲前置EDAF。1984年，安徽光機(jī)所開展了連續(xù)鎖模憶鋁榴石(YAG)激光器的研制。NTT則以直路用20Gb/s的脈沖列傳輸了350km，用10Gb/s的脈沖傳輸了1000km，還實現(xiàn)了1000000km的超長距離的傳輸，并突破Gordon一Haus效應(yīng)對孤子傳輸距離的限制。 第三階段(l990一):這個階段，半導(dǎo)體激光器和EDAF在光孤子通信系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，拉開了光孤子走向?qū)嵱没男蚰弧?986年，他們又綜合設(shè)計了一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)以每隔30100km用雙向泵浦的喇曼增益來補(bǔ)償光纖損耗的辦法。接著，在1982年，他們又提出利用周期性喇曼泵浦法來補(bǔ)充光孤子損失的能量。光孤子通信研究大致可以分成三個階段: 第一階段(l973一1983年):提出了光孤子傳輸?shù)耐ㄐ爬碚?，大膽的預(yù)言了在光纖的反常色散區(qū)域可以觀察到光孤子的存在，拉開了這一階段理論研究的序幕。光孤子的特點(diǎn)決定了它在通信領(lǐng)域的應(yīng)用前景。一束光脈沖包含許多不同的頻率成分，頻率不同，在介質(zhì)中的傳播速度也不同，因此，光脈沖在光纖中將發(fā)生色散；使得脈寬變寬。光纖的群速色散(GVD)使孤子脈沖在傳輸過程中不斷展寬。光學(xué)中孤波現(xiàn)象的研究始于1965年，先后發(fā)現(xiàn)了自聚焦空間孤子與非線性介質(zhì)波導(dǎo)中的傳輸孤子。dinger equation stunned to study the soliton transmission system of key technologies. The main technologies are:Soliton Source: analysis of five thirdorder dispersion and higherorder nonlinear effects such as saturable absorber for passive modelocked fiber ring soliton laser stability, the average through the path of solving the nonlinear Schr246。脈沖在色散緩變光纖中的傳輸特性和規(guī)律:光纖損耗引起孤子幅值指數(shù)下降，指數(shù)緩變色散起到放大作用，正好能夠補(bǔ)償光纖損耗引起的幅值下降；光纖色散變化參量引起孤子中心位置隨傳輸距離作非線性漂移?；诠夤伦油ㄐ畔到y(tǒng)中孤子脈沖的傳輸所滿足的變系數(shù)非線性薛定愕方程，研究了孤子脈沖的傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。摘 要孤子現(xiàn)象存在于眾多領(lǐng)域中，自孤子波在十九世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)以來，孤子理論始終是數(shù)學(xué)、物理學(xué)和通信等領(lǐng)域中重要的研究方向。本文詳細(xì)介紹了光孤子的基本理論及處理方法，光孤子通信的基本原理及其發(fā)展現(xiàn)狀。并作了數(shù)值模擬。AbstractSoliton phenomena exist in many fields, from the soliton wave was found in the nineteenth century, since the soliton theory has always been mathematics, physics and important areas of munication research. The formation of soliton pulse dispersion is linear timedomain nonlinear process of self phase modulation balance. Soliton is not only an important research direction, it also has important applications, may bee a new generation of optical munication transmission mode and highspeed alloptical switch. This paper describes the basic theory of optical solitons and treatment, the basic principle of optical soliton munication and its development status. Optical soliton munication systems based on soliton pulse which is satisfied by the transmission of variable coefficient nonlinear Schr246。由此開始，物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家們對這種現(xiàn)象進(jìn)行了一個多世紀(jì)的深入研究，建了描述各種孤波現(xiàn)象的非線性方程。光中的孤子是光纖色散與非線性相互作用的產(chǎn)物，服從非線性薛定諤方程（NLSE），受光纖線性與非線性特性的支配。光孤子（Soliton，Solitons in optical fibres）是指經(jīng)過長距離傳輸而保持形狀不變的光脈沖。若脈沖幅度繼續(xù)增大時，變窄效應(yīng)將超過變寬效應(yīng)，則形成高階光孤子，它在光纖中傳輸?shù)拿}沖形狀將發(fā)生連續(xù)變化，首先壓縮變窄，然后分裂，在特定距離處脈沖周期性地復(fù)原。 光孤子的研發(fā)歷程 光纖孤子通信涉及孤子的產(chǎn)生、傳輸演化、放大整形與傳輸控制等基本問題。1981年初，.AHasge~和丫Kdemaa發(fā)表了單模光纖中用光孤子傳輸信號的著名文章，正是揭開了光纖孤子通信的序幕。次年，他們又利用色心孤子源和喇曼增益補(bǔ)償損耗的辦法，使光孤子脈沖無畸變的傳輸了10km。同年。并做了2x2Gb/s的波分復(fù)用系統(tǒng)的9000km的實驗。在80年代末、90年代初曾己有多所院校開展光孤子通信理論與實驗研究，如東南大學(xué)、清華大學(xué)，北京郵電大學(xué)，上海大學(xué)、天津大學(xué)等，分別在國家自然科學(xué)基金、國家通信“863”計劃和相關(guān)部委支持下開展一些基礎(chǔ)性研究，主要研究內(nèi)容有:光孤子源、光孤子補(bǔ)償放大器、單級孤子傳輸理論、單級短距離傳輸實驗、周期性集總補(bǔ)償放大長距離孤子傳輸理論、長距離光孤子傳輸控制理論等，均取得了可喜的成果。1994年，武漢郵電研究所研制成功了EDAF，它具有增益高、噪聲低、增益特性與光偏振狀態(tài)無關(guān)等一系列優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了世界先進(jìn)水平。:。光孤子通信作為一項具有美好前景的新型通信技術(shù)，是20世紀(jì)最重要的科技成就之一。2)光纖通信系統(tǒng)不但容量大、頻帶寬、增益高，更可貴的是從根本上改變了現(xiàn)有通信中的光電器件和光纖耦合所帶來的損耗和不便。光孤子技術(shù)未來的前景是:在傳輸速度方面采用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術(shù)以及超短脈沖的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù)使現(xiàn)行速率1020Gbit/s提高到100Gbit/s以上。如此美好的前景、如此誘人的事業(yè)，一定會吸引國內(nèi)外眾多科技人員為之努力奉獻(xiàn)。由該式可見，群速度是隨著頻率的變化而變化的，而光脈沖中不同頻率的分量則會以不同的速度進(jìn)行傳播，導(dǎo)致