[发明专利]一种基于非线性傅里叶变换的孤子脉冲源生成方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于非线性傅里叶变换的孤子脉冲源生成方法和系统，属于孤子通信领域。该孤子脉冲源生成方案包括如下步骤：本征值生成、离散谱函数生成、INFT模块和脉冲序列整形。根据孤子通信系统链路中所需要的孤子脉冲的振幅和频率，生成合适的本征值；根据孤子脉冲的中心时刻和相位分布，生成相应的离散谱函数；在INFT模块中，对生成的本征值和离散谱函数进行INFT变换，得到时域孤子脉冲；对INFT之后的孤子脉冲序列进行整形，调整脉冲持续时间、脉冲间隔，以满足孤子通信系统的需求。本发明能够为孤子通信系统提供理想的无色散波背底的双曲正割形孤子脉冲源，有效提升孤子通信系统的抗噪声性能，增大传输距离，从而提升系统的通信容量。

技术领域

本发明属于孤子通信领域，更具体地，涉及一种基于非线性傅里叶变换的孤子脉冲源生成方法和系统。

背景技术

近年来，随着云计算、3D影视、共享经济、虚拟现实等新网络应用的出现，全球数据流量呈指数式地增长，光纤通信系统传输容量面临不断扩容的压力。在光纤通信系统中，限制传输距离和传输容量的主要原因是光纤的损耗、色散和非线性。随着光纤制造技术的发展，光纤的损耗已经降低到接近理论极限值的程度，色散和非线性问题就成为实现超长距离和超大容量光纤通信的主要问题。光纤的色散使光信号的脉冲展宽，而非线性使脉冲压缩变窄，当色散和非线性效应相抵消时，光脉冲就能在光纤传输中保持不变，实现超长距离、超大容量通信。这种传输过程中保持不变的光脉冲，叫做光孤子。它完全摆脱了光纤色散和非线性对传输速率和通信容量的限制，其传输容量比目前最好的通信系统高出1～2个数量级，中继距离可达几百km。它被认为是下一代最有发展前途的传输方式之一。

光孤子源是实现超高速光孤子通信的关键。根据理论分析，只有当输出的光脉冲为严格的双曲正割形，且振幅满足一定条件时，光孤子才能在光纤中稳定地传输。而现有的光孤子通信系统大多采用体积小、重复频率高的分布式反馈激光器(DistributedFeedback Laser，DFB)或锁模激光器作光孤子源。它们的输出光脉冲是近高斯形的，并非严格的双曲正割形。在光纤中传输时，高斯脉冲受色散和非线性效应影响可逐渐演化为双曲正割形，但演化过程中会导致脉冲间的串扰和编码信息的丢失。另一方面，在激光器腔内的色散波与孤子之间存在相干和非相干的相互作用，使得输出脉冲为孤子和色散波的共存体。在孤子通信系统中，色散波在一定程度上影响色散和非线性平衡效应，破坏了孤子脉冲的稳定性。为了进一步提升孤子通信系统的性能，迫切需要一种理想的无色散波背底的双曲正割形孤子脉冲源的生成方法。

发明内容

针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于非线性傅里叶变换的孤子脉冲源生成方法和系统，旨在生成理想的无色散波背底的双曲正割形孤子脉冲源。

为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种基于非线性傅里叶变换的孤子脉冲源生成方法，包括以下步骤：

根据孤子通信系统链路中孤子脉冲的振幅和频率生成本征值；

根据孤子脉冲的中心时刻和相位生成离散谱函数；

将所述本征值和离散谱函数进行INFT(Inverse nonlinear Fourier transform，逆非线性傅里叶变换)变换，得到孤子脉冲的时域波形；

将所述孤子脉冲进行整形，调整其持续时间、脉冲振幅和脉冲间隔，再按序排列成脉冲序列。

进一步地，所述本征值的实部是孤子脉冲的频率的一半，所述本征值的虚部是孤子脉冲的振幅的一半。

进一步地，所述离散谱函数的振幅和相位分别对应孤子脉冲的中心时刻和相位。

进一步地，所述本征值和离散谱函数的数目均与孤子脉冲的数目相等。

进一步地，所述INFT变换的具体算法为求解以下方程组：