非線性光纖耦合器中三階色散對孤子脈沖作用探討

以光孤子脈沖作為信息載體的全光通信系統己成為近年來的研究熱點，非線性光纖耦合器作為此類系統的關鍵器件也引起高度重視用雙芯光纖制作的光纖耦合器是利用光的消逝場在兩根纖芯之間的耦合作用，實現對光功率、波長和極化態等參數的選擇功含能雙芯光纖的兩纖芯實際上形成一對平行光波導。對其分析一直是一個重要的研究課題分析方法有兩種：正規模方法和耦合模方法前者是將兩纖芯和包層作為一個整體，研究復合波導模式間的相互作用，后者則是研究光場在各個獨立的纖芯之間的相互作用，前者分析雙芯光纖雖然，但只有在極少數幾種折射率分布的介質時才能得到嚴格的解析解，而對大多數實際情況，只能得到近似解或數值解，后者由于其直觀性和簡潔性，可以方便用于各種耦合波導結構，具有特別重要的應用價值當普通的脈沖（如高斯脈沖）在雙芯光纖中傳輸時，由于非線性的耦合作用，在傳輸過程中，脈沖會發生破裂，這對光纖數字通信十分不利，它會引起不*開關并導致傳輸信號串話，這樣一來，為了避免脈沖發生破裂，利用光孤子傳輸是的辦法之一。本文應用耦合模理論，對耦合非線性薛定格方程數值模擬，利用數值模擬方法研究了含三階色散的色散位移雙芯光纖中單孤子脈沖的耦合傳輸特1性1理論模型對非線性同質雙芯色散位移光纖，忽略信號損耗或假設能由周期放大器提供的益正好與之抵消），考慮三階色散的影響，則可用如下的非線性薛定諤方程組來描述其中的光孤子耦合傳輸：系數和三階色散參數它們分別表示為：其中AiA2為兩芯中孤子脈沖的光場實際振幅，z為傳輸距離，t為時間，Vg=dk/dU為群速度，r為光纖的非線性系數，f為低階色散參數，T=Tfwhkm幾763為孤子脈沖初始半寬度。
初始條件為：在輸入端，兩纖芯中單芯或同時雙芯注入單孤子：模型的具體參數選取：考慮中心波長1. 55、初始半功率點全寬Tfw.*=2ps的孤子傳輸，光纖的參數UU分別選取為-Q5ps2/km和0. 1ps2/km，則由定義可算出e= 0.03，因此本文就在這個值的附近選值進行計算為了突出光纖耦合作用以及三階色散的影響而又不至于太強的耦合破壞孤子的存在，光纖耦合系數選在k=0.1~0.6范圍取值。24. 2數值模擬由于方程（1）一般難于解析求解，故采用分步傅立葉變換方法進行數值求解首先考察耦合作用對孤子脈沖傳輸的影響。以3K2的圖陣形式示出了不同條件下的模擬結果，其中兩列中的圖分別對應雙芯光纖的兩根纖芯的情況，不同的行則對應不同的耦合系數。從圖中可以看到，與目前己知的研究結果相比較，在三階色散影響下，兩纖芯之間仍能出現周期性的光功率*交換，而且隨著耦合系數的加，耦合交換周期也變小此外，還可看出，耦合越強，基波孤子的傳輸穩定性越差其次考慮三階色散對孤子傳輸的影響分別取三階色散參數e為Q06 0.10.15，相應的模擬結果示于中的各行根據圖中標注的刻度，可以看出，隨著三階色散作用的加強，孤子將沿時間軸向右漂移，即出現延遲現象，而且延遲量與傳輸距離成線性關系。如果還將（c）（d）與串聯起來觀察，這種延遲現象將更為明顯（（c）（d）除了e值不同外，其他參數均與相同）。
不同三階色散參數下雙芯光纖中的孤子傳輸結果左右圖列對應兩纖芯，各圖中三階色散參數均為0.35（a）、（b）：上述三階色散作用下的延遲響應既不是自陡峭效應引起的延遲，也不是自頻移效應（也稱非線性響應延遲效應）引起的延遲，而是另一種獨立的延遲（為方便，這里不妨分別稱它們為自陡峭延遲、自頻移延遲和三階色散延遲），因為在我們給出的模型方程（1）中，并沒有引入isf（lU2u）和-fuf（IU 2）這兩個相應用來描述自陡峭效應和自頻移效應的項不過，如果去考察我們這里情況中的脈沖頻譜，見，則會發現三階色散下的延遲響應也存在著頻移。都是取k=別考慮不同三階色散參數時芯1中的孤子頻譜，可見，隨著三階色散參數的大，孤子頻譜出現遠離中心的蘭移分量，而且還可見偏離較小的紅移另可注意到，隨著三階色散系數e的大，蘭移分量本身相對地在作紅移。由此可得知三階色散延遲與自陡峭延遲、自頻移延遲的區別：一般自陡峭效應和自頻移效應都出現十分顯著的紅移分量，紅移分量反而成了主峰，以至在時域上看去，孤子分裂出的次峰一般會處于主峰的左側，對于自頻移效應雖也常常還伴有蘭移現象，但不顯著；三階色散延遲時，則蘭移分量較未頻移分量小，主峰始終代表未頻移的分量因此表現在時域上，孤子脈沖后沿出現的次峰強度總是小于主峰強度。當然，這種區別都是針對不長的傳輸距離而言的，因為隨著傳輸距離不斷加，三種作用zui終都會導致孤子*衰變，主峰也不復存在，那時無從比較掌握了這些規律，就有助于在設計光纖耦合器時去區分延遲響應，或去考慮應用它。特別是，因為對于線性的三階色散作用，其延遲響應是線性的，所以不難把握它。
3結論根據數值計算表明三階色散作用下雙芯光纖中的孤子傳輸存在著時間延遲響應它既不是自陡峭響應引起的延遲，也不是自頻移效應引起的延遲，而是另一種獨立的延遲三階色散下的延遲響應也存在著頻移，通過頻譜分析得知三階色散延遲與自陡峭延遲、自頻移延遲均有區別：一般自陡峭效應和自頻移效應的紅移分量顯著，自頻移效應常常還伴有蘭移現象，三階色散延遲時，則蘭移分量較未頻移分量小且幾乎不出現紅移分量，但隨著三階色散系數的大，蘭移分量自身將不斷紅移。