超高速、超长中继距离传输一直是光纤通信所追求的目标。而光纤损耗、色散和非线性效应是其发展的主要限制因素。光纤的色散使光信号的脉冲展宽，而光纤中还有一种非线性的特性，光纤的非线性特性在光的强度变化时使频率发生变化，从而使传播速度变化，这种特性会使光信号的脉冲产生压缩效应。 C^a~)r.h 非线性作用会部分抵消色散所带来的脉冲展宽，当两种效应达到平衡时，光脉冲在传播过程中脉冲宽度不再发生变化，光脉冲就会像一个一个孤立的粒子那样变成了理想的光脉冲，这种脉宽不再随传播过程变化的理想脉冲，称为光孤子。 p5*Y&aKj JQb]mU%? 1.仿真任务 \Z$*8z= 本课程演示了在由SMF（单模光纤）组成的500km光链路上以10Gb/s传输的平均光孤子系统。 ?s//a_nL* 光孤子通信系统脉冲器进行编码调制，通过光功率放大器(如EDFA)对传输过程中信号能力衰耗进行补偿、并在光纤中进行传输，光纤中的非线性效应抵消色散的脉冲展宽，使光孤子信号在长距离光纤稳定传输。 "](~ VF[J8 j'W)Nyw$[ 2.仿真步骤 t9kgACo/M 图1所示为光路图。 `fH6E8N B?]^}r 图1.光路布局
t?s1@}G^ 图2是用于实现10 Gb/s传输的全局参数。 ^%nAx| 4xQ C-M op,w 图2.全局参数设置 j<c_*^/'9
图3为脉冲参数。 QxK%ZaFZA T|u )5ww% 图3 脉冲参数设置
r`=d4dK- 我们设定： "}n]0 >J 比特速率 B= 10 Gb/s → TB = 100 ps. m4EkL 序列长度 16 bits 5b&'gd^d 脉冲波长 λ= 1300 nm 7-^d4P+|g TFWHM = 20 ps —> To = 0.567 TFWHM =11.34 ps a^22H 输入峰值功率 21.7 mW =hA/; 8WAg{lVs 图4和图5显示了非线性色散光纤的参数。 @'S-nn,sO 图4.非线性色散光纤的Main参数
d-Sm<XHu. 图5.非线性色散光纤的Dispersion参数
O lP#|x* 我们将设定长度为50 km、损耗为0.4 dB/km的SMF。 O_E[F E:+ (qaY,>je]D 注：不考虑群延迟和三阶色散的影响。 PKP( :3| 在每条光纤之后，信号用EDFA进行放大。因此，LA=50 km。满足条件LA＜LD（见图6）。 Z'\_YbB
< _ D+'[ 图6.非线性色散光纤的Nonlinearities参数 J~= =<?j:
对于Kerr非线性系数γ=n2ω0/cAeff，非线性折射率n2=2.6×10-20[m2/W]. Q$3%aR-2 
P63f0 F-G 50 km SMF的线性损耗为20 dB，损耗用增益为20dB的理想EDFA进行周期性补偿。 u~K4fP 该SMF的光孤子峰值功率为5.8mW。平均光孤子的输入功率为27.1mW。为了证明平均光孤子输入功率的重要性，我们将考虑具有两个不同输入功率的500km SMF中的光孤子传播： {9z EnVfg ——5.8 mW——光孤子峰值功率（功率不足） 6 ,!]x>B ——27.1mW——考虑周期性放大的光孤子峰值功率（平均光孤子） hgm`6TQ 对循环数量0、4、7和10进行扫描，用这些循环来表示SMF中的传播距离0、200、350和500km。 GR"Jk[W9 x{=t y*E 3.仿真结果 @Fo0uy\ G 图7显示了脉冲的初始模式，以及在SMF中传输200、350和500km后的相同脉冲模式。每50km用EDFA进行周期性放大，27.1mW的光孤子峰值功率。 j}y" 5[0n'uH 图7.平均光孤子脉冲
FsD}N k=m~ 可以清楚地看到脉冲模式的良好保存。脉冲、光纤和放大参数对于平均光孤子是有效的。 pBHr{/\5 图8显示了脉冲的初始模式，以及在SMF中传输200、350和500km后的相同脉冲模式，以及每50km用EDFA进行周期性放大，峰值功率为5.8 mW。 YY hRdU/g . 6r& <* 图8.功率不足的脉冲模式
n#4Ra+dD 由于使用了不适当的脉冲功率，图案中的脉冲无法保持其形式。结果，脉冲变宽并且出现复杂的结构。 o0AREZ+I 这节课演示了平均光孤子系统。它要求： $ } ~:x_[ 1.满足绝热条件LA＜LD； K(hqDif*6 2.适当的脉冲峰值功率。 'E6)6N
