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三阶色散对单模光纤中光孤子传输的影响一、引 言1973年Hasegawa 和Tappert 首次提出了光孤子(optical soliton)的概念，即光孤子在传输过程中维持其幅度、形状和速度不变，并从理论上证明了光纤中的色散效应和非线性自相位调制效应达到平衡时[1]，光纤中可以传播无色散的光脉冲。
从此，光孤子以及光孤子通信系统得到了快速的发展和应用。
随着优质激光晶体的出现和各种飞秒脉冲的产生，光纤色散的高阶效应对光孤子传输的影响不可忽略，它将导致脉冲展宽、畸变，并且引起脉冲边缘的振荡。
三阶色散对孤子传输的影响程度不仅与光纤的二阶色散大小有关，而且与所传输的孤子宽度有关[3]。
本工作研究了三阶色散对光孤子在单模光纤传输过程中的影响论，并讨论了高阶非线性效应对三阶色散的补偿作用。
二、理论分析群速度色散(GVD)效应和自相位调制(SPM)效应是影响光孤子在单模光纤中传输的两个最基本的物理过程。
光脉冲在光纤内传播时，色散和非线性效应将分别影响其形状和频谱，从而形成光孤子。
因而，在麦克斯韦方程中同时考虑光纤的色散与非线性效应就可以建立光纤中光脉冲传输的基本方程。
对于入射初始脉冲的脉宽在皮秒量级以上的光脉冲，在光纤中传输时可以只考虑低阶色散和低阶非线性效应，即可用如下的非线性薛定谔(NLS)方程来描述[1,2]：22212||22A i AA i A A Z Tαβγ∂∂++=∂∂ (1) 式中，A 为光脉冲包络的慢变振幅，α为介质的吸收系数，0|222ωωωββ==d d 为二阶色散系数，1γ为三阶非线性系数，T 为光脉冲以群速度g ν运动的参考系中的时间量度。
当入射光脉冲的初始脉宽在飞秒量级时，光脉冲的峰值功率变得很大，高阶色散效应和高阶非线性效应对其传输的影响就需要考虑，这样光脉冲在光纤中传输时所满足的传输方程为[1]：23222312231||||226A i A AA i A A i A A Z T Tαββγγ∂∂∂++-=+∂∂∂ (2) 与式(1)比较，左边的第四项是三阶群速度色散(TOD)，3β是三阶色散系数。
光子晶体光纤的特性及应用作者：牛静霞李静来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第08期摘要：光子晶体光纤由于独特的导光原理和灵活的结构设计，性能明显能优于传统光纤，在光通信和激光技术等领域具有非常广阔的应用空间。
文章介绍了光子晶体光纤的导光原理，研究了其主要特性，并分析了其在波分复用器、光纤激光器、光纤放大器及光耦合器件等方面的应用。
关键词：光子晶体光纤特性光器件0 引言光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)是光纤技术发展的主要方向，对于大容量光纤通信和高功率光纤激光器的研究开发具有重要意义。
光子晶体光纤又称为多孔光纤(Holey Fiber，HF)或微结构光纤(Micro-Structured Fiber，MSF)，它是在石英光纤的包层中沿轴向均匀地排列空气孔，并在纤芯端面存在一个破坏了周期性结构的缺陷所构成，从而使入射光能被控制在光纤纤芯中传输。
光子晶体光纤由于包层中的二维光子晶体结构，可以作为更加优异的光传输介质，在新一代光纤通信系统和激光技术等重要领域具有极其广阔的应用范围。
1 光子晶体光纤的导光原理光子晶体光纤的概念基于光子晶体，按其传导机制可分为带隙型光子晶体光纤(PBG-PCF)和折射率引导型光子晶体光纤(TIR-PCF)两类。
带隙型光子晶体光纤是一种具有石英-空气光子晶体包层的空芯石英光纤，其包层横截面的折射率具有规则的周期分布，通过包层光子晶体的布拉格衍射来限制光在纤芯中传播的。
在满足布拉格条件时出现光子带隙，对应波长的光不能在包层中传播，而只能限制在纤芯中传播，见图1（a）。
折射率引导型光子晶体光纤的导光机制与传统光纤类似，包层由石英-空气周期介质构成，中心为SiO2构成的实芯缺陷。
由于纤芯折射率高于包层平均折射率，光波在纤芯中依靠全内反射传播。
由于包层含有气孔，与传统光纤的实芯熔融硅包层不同，因而这种导光机制叫做改进的全内反射，见图1（b）。
光子晶体光纤110611106 周鹏摘要：本文主要介绍光子晶体光纤的分类及其导光机理，光子晶体光纤的材料和制作工艺，重点阐述了光子晶体光纤的特性和应用，并对它的前景进行展望。
关键词：光子晶体光纤导光机理制作工艺特性应用Abstract：This article describes the classification and light guiding mechanism materials and production processes of photonic crystal fibers, focusing on the features and applications of photonic crystal fibers and looking ahead its prospects.Key words: photonic crystal fiber producting process light guide mechanism feature application前言光子晶体光纤，简称PCF，具有光子晶体和光纤传输光波的双重特性，相对传统光纤而言，光子晶体光纤开创了完全不同的光波传输原理和传输特性，成为一类新型的光导纤维，开辟了一个新的应用领域，光子晶体光纤应经成为当今光纤领域的研究前沿和热点。
一．光子晶体光纤的分类及其导光机理光子晶体光纤的分类有很多种方法，根据导光机理，可将光子晶体光纤分为两类：折射率导光和光子带隙导光。
1.折射率导光型光子晶体光纤折射率导光型光子晶体光纤和普通光纤的结构相似，纤芯均为实心的石英。
差别是光纤的包层；普通光纤的包层是实心材料，其折射率稍低于纤芯；而折射率导光型的包层则是具有一定周期排列的多孔结构，如图1所示。
这类光纤包层的空气孔也可不是周期性排列，这类光纤也称多孔光纤。
这种结构的导光机理和常规的阶跃折射率光纤类似，即基于全反射原理，由于包层中的空气孔，降低了包层的有效折射率，使得纤芯折射率大于包层折射率，从而满足全反射条件，光波被束缚在芯区内传输。
色散补偿光纤的三阶色散
三阶色散是指光脉冲在光纤中传输时，由于光波长的高阶变化
而引起的色散效应。
光纤中的三阶色散会导致在光脉冲传输过程中，不同频率的光波受到不同程度的色散影响，使得光脉冲的不同频率
成分到达接收端的时间不一致，从而导致脉冲展宽和失真。
为了补偿光纤中的三阶色散，通常会采用色散补偿模块或者特
殊设计的光纤来减小或抵消色散效应。
常见的方法包括使用色散补
偿光纤、光纤光栅、光子晶体光纤等。
这些方法可以通过控制光波
的传播速度或者相位来补偿光纤中的三阶色散，从而减小色散引起
的脉冲失真效应。
总的来说，光纤中的三阶色散是光脉冲传输过程中不可忽视的
影响因素，对于光纤通信系统的性能和稳定性具有重要影响。
因此，研究和补偿光纤中的三阶色散是光通信领域的重要课题之一。
光子晶体光纤色散特性的研究的开题报告1. 研究背景随着现代通信技术的发展，对高速，低损耗，小型化，高容量的光纤通信系统的需求日益增长。
光子晶体光纤作为一种新兴的纳米级光传输波导，具有优异的性能特点：高光束质量，高光传输效率，高光信号光学控制性能。
在光通信领域，光子晶体光纤已引起广泛的关注。
光子晶体光纤 (PCF) 的色散是其重要的性能特征之一，可以影响光的传输性能和光学信号的特性。
因此，光子晶体光纤的色散特性研究是光通信研究的重要课题之一。
光子晶体光纤的设计、优化和应用需要对其色散特性有深入的认识，包括光纤色散量、色散系数、色散曲线等。
因此，本文将在此基础上展开光子晶体光纤色散特性研究，对光子晶体光纤材料的结构特征和光学性质进行深入分析，旨在为光纤通信系统的开发和应用提供理论支撑和技术指导。
2. 研究内容（1）研究光子晶体光纤的结构特征和光学性质，包括材料的物理、化学结构和光学性质等方面。
（2）研究光子晶体光纤的色散特性，包括色散量、色散系数、色散曲线等方面。
（3）对光子晶体光纤色散特性进行建模和仿真，分析光子晶体光纤在不同波长和频率下的传输性能，以探索其在光通信和其它领域中的应用前景。
（4）对实验结果进行测定和分析，验证理论模型的正确性，并对光子晶体光纤的性能进行深入评估和探索其最佳应用场景。
3. 研究方法（1）文献调研法：通过查阅国内外相关文献，了解光子晶体光纤结构特征、光学性质和色散特性的研究进展。
（2）数学模型设计法：基于理论与实验并重的思想，运用数学模型对光子晶体光纤的色散特性进行建模与仿真。
（3）实验方法：搭建光纤通信系统，获取实验数据，对理论分析结果进行验证。
4. 研究意义通过对光子晶体光纤色散特性的研究，可以深入了解其物理、化学和光学性质，为光传输在波导中的应用提供更可靠、更高效的解决方案。
本研究可以探索新型传输媒介在光通信领域的应用，推进光子晶体光纤技术的发展，为光学仪器工程、通信设备等领域提供重要的技术支持。
东莞理工学院本科毕业论文毕业设计题目：高斯脉冲在光纤中传输的研究学生姓名：李华海学号：1系别：电子工程学院专业班级：07光信息科学与技术指导教师姓名及职称：徐永钊副教授起止时间：2010年10月——2011年5月摘要通过求解非线性薛定谔方程, 研究了线性光纤中色散导致的具有初始频率啁啾的高斯脉冲展宽的详细物理过程。
得到高斯脉冲在光纤中色散所致的脉冲展宽的特性,啁啾因子对脉冲展宽的影响, 并讨论了光纤色散对不同宽度脉冲的影响, 对色散补偿等技术的研究具有一定的参考价值。
关键词:光纤; 脉冲展宽; 啁啾高斯脉冲; 脉冲展宽因子AbstractThe detailed physical process of the group- velocity dispersion induced initial frequency chirped Gaussian pulses broadening is studied through solving non- linear Schrodinger equation. The characteristics of dispersion- induced pulses broadening o f Gaussian pulses in fiber and the effect s of pulses broadening on chirp factor are obtained. T he pulses broadening of varied pulses width based on fiber dispersion are discussed. T his has many helpful values for dispersion compensation.Key words:fiber; pulse broadening; chirped Gaussian pulse; pulse broadening factor目录1.引言——本课题研究的意义 (1)1.1本课题国内外研究现状 (2)1.2高速光纤通信的色散补偿技术 (3)2.理论模型与分析 (4)3．啁啾及色散导致脉冲展宽的理论分析和模拟 (6)3.1 . 高斯脉冲在光纤中传输的相关的概念 (6)——掌握啁啾、正常色散区、反常色散区的概念 (6)3．2研究光脉冲的啁啾对高斯脉冲传输的影响 (7)3．21初始啁啾的脉冲在光纤中传输时的展宽因子 (7)3．22光脉冲的啁啾对高斯脉冲传输的影响 (8)3.3研究啁啾与色散的共同作用下对高斯脉冲传输的影响 (11)4．基于啁啾及色散导致脉冲展宽的数值仿真和分析 (13)4.1 仿真工具：OPTISYSTEM[12] (13)MATLAB编程仿真 (13)4．2光脉冲的啁啾对高斯脉冲传输数值仿真和分析 (15)4．3啁啾与色散的共同作用下对高斯脉冲传输数值仿真和分析 (16)5 脉冲自身宽度对脉冲展宽的影响 (19)6.结论 (21)参考文献： (22)致 (23)1.引言——本课题研究的意义由于在采用光纤的数字光纤通信系统中，直接调制半导体激光器发射的光脉冲大多数是带啁啾的高斯脉冲。
