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摘要：在传统的光纤通信方式中，光信号要经过电子中继器的整形、放大、误码纠正，这些过程都要进行光电转换，传输速度因此受到限制。而光孤子通信则摆脱了电子中继设备的束缚，于是全光信号的传输速度被大大提高。同时，光孤子通信具有高信息容量、无畸变、长距离传输等优势。因此，利用光孤子作为传输信息载体的光纤通信系统必将进一步推动新一代通信技术领域的发展。40217
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毕业论文关键词：光纤通信 光孤子 全光信号 光孤子通信
Study of soliton theory and its application in communications
Abstract: In the traditional way of optical fiber communication, optical signal passes through plastic electronic Repeaters, amplification, error correct, all these process will be for photoelectric conversion, transmission speed so limited. And optical soliton communication is to get rid of the bondage of the electronic communications equipment, so all the optical signal transmission speed is greatly improved. At the same time, the optical soliton communication with high information capacity, without distortion, the advantages of the long distance transport. Therefore,the use of optical soliton transmission information carrier as optical fiber communication system will further promote the development of next-generation communications technology.
Keywords: optical fiber communication optical soliton optical signal optical soliton communications
目录
1 绪论 1
1.1孤子及光孤子的发现与发展 1
1.2 国内外光孤子通信研究动态 2
2 光纤中的光孤子 3
2.1 光孤子的特点及传输技术上的优点 3
2.1.1 光孤子的特点 3
2.1.2 光孤子传输技术上的优点 3
2.2光孤子的形成机理 3
2.2.1 光纤损耗 3
2.2.2 光纤色散效应 5
2.2.3 光纤非线性 7
2.2.4 自相位调制（SPM) 8
2.3 非线性薛定谔方程（NLS） 9
3光纤孤子激光器 12
3.1 光纤孤子激光器基本思想 12
3.2 光纤喇曼激光器 12
4 光孤子通信系统 15
4.1 光孤子通信系统的基本组成和要求 15
4.2 光通信系统中影响光孤子传输性能的因素 16
4.2.1 孤子的相互作用 16
4.2.2 初始啁啾的影响 18
4.2.3 孤子放大 18
5 结论 20
致谢 21
参考文献 22
1 绪论
1.1孤子及光孤子的发现与发展
1834年8月，英国科学家罗素（Scott Russell）坐在一条行驶的船上时，察觉到一个波形不变并且单个凸起的水团，而这个水团运动一段距离后在河流的拐角处消失不见了。此时罗素以一名物理学家的专业性意识到这并不是普通的水波，因为通常情况下，人们所观察到的都是一串具有周期性运动特征的水波。当把石子投入水面上时，激起的水花是一串而不是一个，如果用数学方法表示，那么可描述为一个其解为周期性的波动方程。罗素大胆的假设他所看到的那个水波并不一定是波动方程的解。紧接着他提出他所观察到的孤立对象应该是流体力学的一个稳定解，罗素将它称为“孤立波”（solitory wave)，可以说孤立波现象的发现是“机遇+敏锐思文”的完美结合。孤立波与冲击波有所不同，前者皆为正则，无奇异性，并且孤立波不扩散，而冲击波在波前会有奇异性且会弥散。在罗素提出孤立波概念的十年后，他又在浅水槽中进行了大量的实验，用不同的方法进行激发，最终都得到了相同的结果。然而，罗素的理论及其实验结果并没有得到当时物理界的认可，直到1895年德国科学家科特韦格（Korteweg）和德弗里斯（de Vries）推导出了著名的KdV方程，从而验证了罗素的浅水波现象，争议才真正的得以停止。1965年，科学家扎布斯基（Zabusky）和克鲁斯卡尔（Kruskal） 在进行等离子体孤立波的实验时，研究发现孤立波在发生相互碰撞后，依旧可以保持能量、动量的守恒，并保持形状、速度的不变，这些特征特别像粒子的特点，于是孤立波又被叫做“孤立子“或“孤子(soliton)”。