光纤通信系统中耗散孤子间的相互作用论文.pdf

Interactions between Dissipative Solitons in Optical munication systems Candidate Luo Long Supervisor Tang Yi Professor College Faculty of Materials, Op toelectronic and Physics Program Physical Electronics Specialization Nonlinear Optical Degree Master of Engineering University Xiangtan University Date May, 2011 湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名: 日期: 年月日导师签名: 日期: 年月日 I 摘要 1973 年 Hasegawa 和 Tappert 最初预测到光纤中能够形成孤子,并由 1980 年 Bell 实验室 Mollenauer 的实验观察得到了证实。第二年,第一个光纤传输系统便问世了。作为新一代高速长距离通信的优选方案,光孤子通信利用脉冲在光纤中非线性效应与色散效应的平衡来实现高速脉冲孤子稳定传输。同时,孤子间的相互作用是影响信息传输的关键问题。为了了解孤子间相互作用的性质和结果,人们进行了大量的实验和理论研究。然而,实际的长距离、高速率光纤通信系统还包含能量的供应和传输过程中的损耗间的平衡。因此,存在于耗散系统中的耗散孤子成为了光孤子通信研究的热点。耗散孤子有着极其丰富的相互作用现象如:排斥、融合、分裂、湮灭、散射、螺旋等。这些现象对于研究耗散孤子的理论和实验都非常重要,而且在光纤通信系统、全光开关、逻辑门、激光冷却等领域都具有十分广泛的应用前景。本文中,我们通过分裂步长快速傅立叶变换方法数值模拟了一维耗散孤子间的相互作用。我们还详细讨论了三阶色散效应下耗散孤子相互作用的一些细节,得到了一些有意义的结果。 全文共分五章: 第一章我们简要介绍了非线性光学以及非线性光学中孤子的基本概念及原理。第二章我们回顾了光孤子通信的发展史,讨论了制约光孤子通信实用化的主要理论和技术问题,还讨论了光孤子通信今后的主要研究方向。在第三章和第四章中,我们简要介绍了耗散孤子与耗散系统的基本理论,并展示了倍周期分岔耗散孤子间相互作用的一些有趣现象。在第五章中,我们细致分析了三阶色散效应对相邻耗散孤子间的相互作用的影响, 发现三阶色散在一定程度上能够抑制孤子间的相互作用, 这对于提高光纤通信系统的比特率有着潜在的应用价值。最后我们对本文进行了总结,并对本领域今后的工作进行了展望。 关键词: 光纤;光孤子通信系统;耗散系统;耗散孤子;三阶色散; 立方- 五次方复金兹伯格朗道方程 II Abstract The soliton existed in optical fiber was first predicted by Hasegawa and Tappert in 1973 and has been experimentally observe d by Mollenauer in the bell lab in 1980. In the following year, the first Optical Fiber Transmission System e on the scene. As a preferentially selecting project for a new generation of h