專利名稱：光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的matlab計算程序的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的MATLAB計算程序，屬于光纖通信技術領域。
背景技術：
美國科學家T. H. Maiman在1960年研制成功了世界上第一臺激光器(紅寶石激光器)以來，激光技術取得了迅速的發展，已經廣泛應用于工農業生產、生命科學、信息科學、強場物理、"快點火"受控核聚變、探索極端物理條件下物質行為等重大科學研究領域，具有廣泛的應用前景，在整個經濟及社會發展中發揮出愈來愈重要的作用。得益于激光技術的發展，光纖技術得到了巨大的進步。至1970年，人們已經將光纖損耗降低到約20dB/km ;到1979年，將1. 55iim波長的光纖損耗降低到約0. 2dB/km。低損耗光纖的獲得，不僅導致了光纖通信領域的革命，而且也導致了非線性光纖光學新領域的出現。隨后，摻鉺光纖放大器得到了迅速發展，有效補償了 1.55ym波長區的光纖損耗，有力地推動了線性和非線性光纖光學的快速發展，激光脈沖在光纖通信系統中的線性和非線性傳輸特性研究得到了國內外科技工作者的普遍關注，特別是由廣義非線性薛定諤方程 所描述的脈沖傳輸問題出現在物理學、等離子體、信息科學、生命科學等現代科學的各個分支中，并為相關學科中眾多的類似問題的解決做出了重大貢獻。然而，方程(1)是非線性偏微分方程，在一般情況下不適于解析求解，除非是在能使用逆散射方法的某些特殊情況下才有可能，這限制了該方程在相關學科的應用和阻礙了相應學科的發展。鑒于此，采用數值計算方法就不同學科中相關問題來求解方程(1)成為不同學科發展的重要研究課題。
發明內容
本發明針對方程(1)在光纖通信系統中難于解析求解的情況和計算機技術的快速發展，在Windows操作系統的MATLAB環境中按照分步傅里葉方法設計和撰寫了光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的MATLAB數值計算程序來解決上述問題。本發明提出的計算程序簡潔易懂，操作方便，功能強大，計算速度快，作圖簡便，實用性強，可根據實際情況修改相關參數，為光纖通信系統優化及該領域的深入研究提供了有力支持，將推動本學科的快速發展。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是 為了方便利用方程(1)研究光纖通信系統中光脈沖的傳輸特性，本發明引入l =
z/LD， r =——=-, /~ 厶/; — rrr ，丄肌:—,"一 r— i ^ i ， u =
r0 r0」(z，r) = V^^(z,r), |A|肌 A 丄肌|Ai
NU，將方程(1)歸一化，得
3
<formula>formula see original document page 4</formula> (2) 式中，u為光脈沖慢變包絡振幅，《為歸一化傳輸距離，t為歸一化時間參量；右
邊第一項為色散項，P n為各階群速度色散系數，n表示色散階數，/ = V^T ;第二項至第四項
表示脈沖傳輸中的非線性項，第三項和第四項為高階非線性項，其第二項為自相位調制效
應；第三項為脈沖自變陡效應，對高階孤子的影響顯著，s= 1/"。T。，"。為脈沖中心角頻率；第四項為拉曼散射效應，tk = TK/T。， TK為脈沖內拉曼散射系數，與拉曼增益的斜率有
關，通常為3fs ;最后一項表示光纖損耗項，r-"丄d ="r。2/|A|， a為光纖損耗系數，L。是色
散長度，T。是脈沖的半寬度。 本發明采用分步傅里葉方法(應用了快速傅里葉變換)，按照方程(2)設計和撰寫了光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的MATLAB計算程序。 一般來說，沿光纖的長度方向，色散和非線性是同時作用的。分步傅里葉方法通過假定在傳輸過程中，光場每通過一小段距離h，色散和非線性效應可分別作用，得到近似結果。更準確地說，從z到z+h的傳輸過程中分兩步進行。第一步，僅有色散作用，方程(2)中的非線性作用為零；第二步，僅有非線性作用，方程(2)中的色散作用為零。分步傅里葉方法已廣泛應用于各種光學領域，包括大氣中的光傳輸，折射率梯度光纖，半導體激光器，非穩腔及波導耦合器等。雖然用此方法運算速度快，相對簡潔，但需要小心選擇z和T的步長，以保證精度要求。該算法隱含著周期性邊界條件，有時會造成到達窗口 一邊的能量從窗口的另一邊自動進入的問題，通常需要使用一種"吸收窗口"，人為地吸收掉輻射到窗口邊界上的能量。 本發明的有益效果是本發明提出的計算程序簡潔易懂，操作方便，功能強大，計算速度快，作圖簡便，實用性強，可根據實際情況快速修改相關參數，為光纖通信系統優化及該領域的深入研究提供了有力支持，將推動本學科的快速發展。
具體實施例方式光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的MATLAB計算程序運行前，可根據實際情況修
改相關參數，如輸入脈沖的初始時域波形、初始幅值、初始脈沖寬度和初始啁啾C，計算所
用時域窗口大小、采樣點數，不同光纖的色散參量、衰減系數、傳輸距離等等。 光脈沖線性傳輸情況當輸入脈沖的初始脈沖寬度在ps附近和光功率較小時(線
性傳輸)，可調節相關參數，使計算程序僅按照方程(2)左邊第一項和右邊第一項(色散
項)運行，即按照 <formula>formula see original document page 4</formula>運行，其中高階色散可計算至六階色散。當光脈沖
傳輸距離較長時，可同時考慮方程(2)右邊第五項(光纖損耗項)。 光脈沖非線性傳輸情況當輸入脈沖的初始脈沖寬度在ps附近和光功率較大時(非線性傳輸)，可調節相關參數，使計算程序僅按照方程(2)左邊第一項、右邊第一項(色
散項)和右邊第二項(自相位調制項)運行，即按照<formula>formula see original document page 4</formula>, "運行。
當光脈沖傳輸距離較長時，可同時考慮方程(2)右邊第五項(光纖損耗項)。
光脈沖高階非線性傳輸情況當輸入脈沖的初始脈沖寬度在fs附近和光功率很大時(高階非線性傳輸)，可調節相關參數，使計算程序僅按照方程(2)左邊第一項、右邊第一項(色散項)、右邊第二項(自相位調制項)、右邊第三項(高階非線性項自陡項)和右邊第四項(高階非線性項脈沖內受激拉曼散射項)運行，即按照
<formula>formula see original document page 5</formula>運行。當光脈沖傳輸距離較長時，可
同時考慮方程(2)右邊第五項(光纖損耗項)。 光脈沖分布拉曼放大傳輸情況當輸入脈沖在分布拉曼放大傳輸情況下，可調節相關參數，使計算程序僅按照方程<formula>formula see original document page 5</formula>運行，光纖損耗的拉曼增益系數<formula>formula see original document page 5</formula>為歸一到色散長度<formula>formula see original document page 5</formula>的參量，a P是在泵浦波長的光纖損耗系數，a s是在信號波長的光纖損耗系數，L'為歸一化光纖長度。 總之，本發明提供了光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的MATLAB計算程序，可通過調整不同參數計算各種情況下的光脈沖傳輸特性。我們應用該程序已經部分研究了光脈沖傳輸特性，取得了部分研究成果并發表在國內外重要刊物上。可見，本發明為光纖通信系統優化及該領域的深入研究提供了有力支持，將有力地推動本學科快速發展。
權利要求
本發明是光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的MATLAB計算程序，屬于光纖通信技術領域。其特征在于(1)本發明按照方程(2)，在Windows操作系統的MATLAB環境中采用分步傅里葉方法設計和撰寫了光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的MATLAB數值計算程序。(2)本發明提供的計算程序，可通過調整不同參數(輸入脈沖的初始時域波形、初始幅值、初始脈沖寬度和初始啁啾C，計算所用時域窗口大小、采樣點數，不同光纖的色散參量、衰減系數、傳輸距離等等)計算光脈沖線性傳輸、非線性傳輸和高階非線性傳輸等各種情況下的光脈沖傳輸特性。(3)本發明提供的計算程序簡潔易懂，操作方便，功能強大，計算速度快，作圖簡便，實用性強，可根據實際情況修改相關參數，為光纖通信系統優化及該領域的深入研究提供了有力支持，將推動本學科的快速發展。
全文摘要
本發明涉及光纖通信系統中光脈沖傳輸特性的MATLAB計算程序，屬于光纖通信技術領域。本發明提供的計算程序，可通過調整不同參數(輸入脈沖的初始時域波形、初始幅值、初始脈沖寬度和初始啁啾C，計算所用時域窗口大小、采樣點數，不同光纖的色散參量、衰減系數、傳輸距離等等)計算光脈沖線性傳輸、非線性傳輸和高階非線性傳輸等各種情況下的光脈沖傳輸特性。本發明提出的計算程序簡潔易懂，操作方便，功能強大，計算速度快，作圖簡便，實用性強，可根據實際情況修改相關參數，為光纖通信系統優化及該領域的深入研究提供了有力支持，將推動本學科的快速發展。
文檔編號H04B10/12GK101714085SQ20091020318
公開日2010年5月26日 申請日期2009年6月3日 優先權日2009年6月3日
發明者劉山亮, 鄭宏軍, 黎昕 申請人:聊城大學