Упрощенные модели исследования волоконно-оптических линий связи

• Автор: Курикалова, Марина Александровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Взаимодействие импульсов

1.1 Импульсы с переменной фазой и энергией.

1.1.1 Одиночный импульс

1.1.2 Дна импульса.

1.1.3 Преобразование скобки Пуассона

1.1.4 Гамильтониан

1.1.5 Физическая модель

1.1.0 Точное решение.

1.1.7 Результаты сравнения.

1.1.8 Приближенные решения
1.1.9 Заключение.
1.2 Импульсы с переменным положением и скоростью
1.2.1 Взаимодействие двух импульсов.
1.2.2 Скобка Пуассона
1.2.3 Вычисление гамильтониана.
1.2.4 Результаты численного моделирования .
1.2.5 Заключение
2 Влияние усилителей на распространение сигнала
Оглавление
2.1 Параболические импульсы и усил и вающей среде .
2.1.1 Основные уравнения параболического приближения . .
2.1.2 Результаты численного моделирования
2.1.3 Заключение
2.2 Временные и амплитудные блуждания.
2.2.1 Математическая модель.
2.2.2 Метод решения.
2.2.3 Основные уравнения
2.2.4 Численные расчеты.
2.2.5 Заключение
3 Квазилинейная модель
3.1 Аналитические результаты
3.1.1 Квазилинейное решение
3.1.2 Аналитическое решение для гауссовских импульсов . . .
3.1.3 Оценки числа взаимодействующих импульсов .
3.2 Результаты численного моделирования
3.2.1 Численный алгоритм.
3.2.2 Временные и амплитудные сдвиги.
3.2.3 Заключение.
Заключение
Введение
Распространение света в оптических волокнах происходит благодаря явлению полного внутреннего отражения. Первые стеклянные волокна без оболочки 1 были изготовлены в х годах нашего столетия, однако, развитие волоконной оптики начинается только в е годы, когда использование оболочечного слоя 2 привело к значительному улучшению характеристик световодов. Изобретение лазеров решило проблему когерентных оптических источников. Одновременное наличие сосредоточенных источников света и оптических световодов с низким уровнем потерь способствовало широкому применению волоконнооптических линий связи.
Применение оптической коммуникации возможно в любой области, которая требует передачу информации из однот места в другое. В последнее время оптические коммуникационные системы становятся одним из основных средств передачи информации. В качестве бита передаваемой информации в современных оптоволоконных системах используются, так называемые, солитоны с дисперсионным управлением ДУсолитоиы. Здесь под оолитовом подразумевается устойчивое локализованное решение, а не традиционный фундаментальный солитои из теории полностью интегрируемых систем. При распространении солигопов в оптоволоконной линии эфкжты нелинейности и хроматической дисперсии уравновешивают друг друш, поэтому такие импульсы хорошо подходят для несдачи информации па даль
Впадение
иис расстояния.
Актуальность


Получено точное решение предложенной системы уравнений для начальных импульсов с одинаковой формой и амплитудой. Установлены условия существования периодических решений. Построена приближенная модель для случая импульсов с переменными положением и скоростью, распространяющихся в волоконных световодах. Найдены численные решения полученной системы. Исследовано взаимодействие импульсов на основе предложенной модели. Исследовано влияние начального расстояния между импульсами па взаимодействие сигналов. Найдены два режима эволюции импульсов в зависимости от разности фаз между ними. Исследован процесс операции параболических импульсов при их распространении в волоконнооптических усилителях. Для распределенного римановского усиления иселедоваш, области параметров оптической линии и параметров входного сигнала гауссовой форм,, при которых передаваемый сигнал приобретает параболическую форму. Вычислена величина относительной ошибки для различных параметров линии и входного сигнала. Установлено, что увеличение значений мощности накачки приводит к расширению обласги применимости параболической модели в плоскости пиковой амплитуды и фазового коэффициента. Показано, что при фиксированной ширине импульса отклонение фазового коэффициента от пулевого значения существенно влияет на величину относительной ошибки. Предложена квазилинейная модель, описывающая процесс взаимодействия последовательности оптических импульсов шуссовой формы. Проведено численное моделирование па основе предложенной квазилинейной модели и выполнено сравнение с численным моделированием, использующим нелинейное уравнение Шрсдингера с периодическими коэффициентами. Предложена модель, описывающая взаимодействие двух оптических импульсов с переменной амплитудой и фазовым множителем. Найдены точные решения предложенной системы уравнений для начальных импульсов с одинаковой формой и амплитудой. Построена модель для изучения взаимодействия двух импульсов с изменяющимися положением и скоростью. Показано хорошее согласование с основной моделью, что позволяет использовать се для численных расчетов вместо нелинейного уравнения Шредингера с периодическими коэффициентами. Изучены области применимости параболической модели. Для распределенного римановского усиления установлено, что увеличение значений мощности накачки приводит к расширению области применимости параболической модели в плоскости пиковой амплитуды и фазового коэффициента. Установлено, что при фиксированной ширине импульса отклонение фазового коэфициента от нулевого значения влияет на величину относительной ошибки пропорционально значениям входной пиковой амплитуды сигнала. Для сосредоточенного усиления в плоскости параметров входная энергия и длительность импульса определены области наименьшего отклонения решения в рамках параболической модели от численного решения уравнения Шродингера. Шредингера с периодическими коэффициентами, которая позволяет получить распределение оптического поля в любой точке временного интервала. Показано, что применение полученной модели к моделированию конкретных линий связи позволяет значительно сократить вычислительные затраты благодаря эффективному численному алгоритму. Достоверность результатов подтверждена сравнением результатов решения полученных приближенных моделей с результатами прямого численного моделирования нелинейного уравнения Шредингера, выполненного с помощью метода расщепления по физическим процессам. Решения, полученные в рамках предложенных моделей, хорошо согласуются с результатами, найденными с помощью прямого численного моделирования. Предложены упрощенные модели, описывающие различные процессы, происходящие при распространении световых импульсов в нелинейной среде. Полученные модели могут быть использованы для анализа качества передачи информации с помощью оптических импульсов, для совершенствования параметров существующих линий передачи и конструирования новых линий связи. Результаты аналитических исследований и численных экспериментов, включенные в дисертацию, получены автором лично.