非线性光纤耦合器中三阶色散对孤子脉冲作用探讨

以光孤子脉冲作为信息载体的全光通信系统己成为近年来的研究热点，非线性光纤耦合器作为此类系统的关键器件也引起高度重视用双芯光纤制作的光纤耦合器是利用光的消逝场在两根纤芯之间的耦合作用，实现对光功率、波长和极化态等参数的选择功含能双芯光纤的两纤芯实际上形成一对平行光波导。对其分析一直是一个重要的研究课题分析方法有两种：正规模方法和耦合模方法前者是将两纤芯和包层作为一个整体，研究复合波导模式间的相互作用，后者则是研究光场在各个独立的纤芯之间的相互作用，前者分析双芯光纤虽然，但只有在极少数几种折射率分布的介质时才能得到严格的解析解，而对大多数实际情况，只能得到近似解或数值解，后者由于其直观性和简洁性，可以方便用于各种耦合波导结构，具有特别重要的应用价值当普通的脉冲（如高斯脉冲）在双芯光纤中传输时，由于非线性的耦合作用，在传输过程中，脉冲会发生破裂，这对光纤数字通信十分不利，它会引起不*开关并导致传输信号串话，这样一来，为了避免脉冲发生破裂，利用光孤子传输是的办法之一。本文应用耦合模理论，对耦合非线性薛定格方程数值模拟，利用数值模拟方法研究了含三阶色散的色散位移双芯光纤中单孤子脉冲的耦合传输特1性1理论模型对非线性同质双芯色散位移光纤，忽略信号损耗或假设能由周期放大器提供的益正好与之抵消），考虑三阶色散的影响，则可用如下的非线性薛定谔方程组来描述其中的光孤子耦合传输：系数和三阶色散参数它们分别表示为：其中AiA2为两芯中孤子脉冲的光场实际振幅，z为传输距离，t为时间，Vg=dk/dU为群速度，r为光纤的非线性系数，f为低阶色散参数，T=Tfwhkm几763为孤子脉冲初始半宽度。
初始条件为：在输入端，两纤芯中单芯或同时双芯注入单孤子：模型的具体参数选取：考虑中心波长1. 55、初始半功率点全宽Tfw.*=2ps的孤子传输，光纤的参数UU分别选取为-Q5ps2/km和0. 1ps2/km，则由定义可算出e= 0.03，因此本文就在这个值的附近选值进行计算为了突出光纤耦合作用以及三阶色散的影响而又不至于太强的耦合破坏孤子的存在，光纤耦合系数选在k=0.1~0.6范围取值。24. 2数值模拟由于方程（1）一般难于解析求解，故采用分步傅立叶变换方法进行数值求解首先考察耦合作用对孤子脉冲传输的影响。以3K2的图阵形式示出了不同条件下的模拟结果，其中两列中的图分别对应双芯光纤的两根纤芯的情况，不同的行则对应不同的耦合系数。从图中可以看到，与目前己知的研究结果相比较，在三阶色散影响下，两纤芯之间仍能出现周期性的光功率*交换，而且随着耦合系数的加，耦合交换周期也变小此外，还可看出，耦合越强，基波孤子的传输稳定性越差其次考虑三阶色散对孤子传输的影响分别取三阶色散参数e为Q06 0.10.15，相应的模拟结果示于中的各行根据图中标注的刻度，可以看出，随着三阶色散作用的加强，孤子将沿时间轴向右漂移，即出现延迟现象，而且延迟量与传输距离成线性关系。如果还将（c）（d）与串联起来观察，这种延迟现象将更为明显（（c）（d）除了e值不同外，其他参数均与相同）。
不同三阶色散参数下双芯光纤中的孤子传输结果左右图列对应两纤芯，各图中三阶色散参数均为0.35（a）、（b）：上述三阶色散作用下的延迟响应既不是自陡峭效应引起的延迟，也不是自频移效应（也称非线性响应延迟效应）引起的延迟，而是另一种独立的延迟（为方便，这里不妨分别称它们为自陡峭延迟、自频移延迟和三阶色散延迟），因为在我们给出的模型方程（1）中，并没有引入isf（lU2u）和-fuf（IU 2）这两个相应用来描述自陡峭效应和自频移效应的项不过，如果去考察我们这里情况中的脉冲频谱，见，则会发现三阶色散下的延迟响应也存在着频移。都是取k=别考虑不同三阶色散参数时芯1中的孤子频谱，可见，随着三阶色散参数的大，孤子频谱出现远离中心的兰移分量，而且还可见偏离较小的红移另可注意到，随着三阶色散系数e的大，兰移分量本身相对地在作红移。由此可得知三阶色散延迟与自陡峭延迟、自频移延迟的区别：一般自陡峭效应和自频移效应都出现十分显著的红移分量，红移分量反而成了主峰，以至在时域上看去，孤子分裂出的次峰一般会处于主峰的左侧，对于自频移效应虽也常常还伴有兰移现象，但不显著；三阶色散延迟时，则兰移分量较未频移分量小，主峰始终代表未频移的分量因此表现在时域上，孤子脉冲后沿出现的次峰强度总是小于主峰强度。当然，这种区别都是针对不长的传输距离而言的，因为随着传输距离不断加，三种作用zui终都会导致孤子*衰变，主峰也不复存在，那时无从比较掌握了这些规律，就有助于在设计光纤耦合器时去区分延迟响应，或去考虑应用它。特别是，因为对于线性的三阶色散作用，其延迟响应是线性的，所以不难把握它。
3结论根据数值计算表明三阶色散作用下双芯光纤中的孤子传输存在着时间延迟响应它既不是自陡峭响应引起的延迟，也不是自频移效应引起的延迟，而是另一种独立的延迟三阶色散下的延迟响应也存在着频移，通过频谱分析得知三阶色散延迟与自陡峭延迟、自频移延迟均有区别：一般自陡峭效应和自频移效应的红移分量显著，自频移效应常常还伴有兰移现象，三阶色散延迟时，则兰移分量较未频移分量小且几乎不出现红移分量，但随着三阶色散系数的大，兰移分量自身将不断红移。