[发明专利]色散平坦型波导中的孤立子

说明书

背景

本发明涉及一种被设计用来传输孤立子的色散平坦型单模光纤。另外，本发明涉及一种被设计用来传播波分复用孤立子信号的色散平坦型单模光纤。

由于基于SiO₂波导的折射率是非线性的，所以本领域公知，孤立子可以在这类波导中传播。在波导纤维中传播的具有规定强度和形状的脉冲将经受非线性的自相位调制(SPM)，自相位调制产生脉冲展宽，较长波长相对于较短波长作正向移位。如果波导纤维总色散D(其单位为皮秒/纳米-千米)的大小合适并且为正号(较短波长的传播速度比较长波长快)，那么此总色散将抵销SPM脉冲展宽。对孤立子效应的另一种表述是，脉冲的非线性SPM(它是群速变化对脉冲强度和形状的依赖关系)，有效地消除了群速变化对频率的依赖。

已有一些论著对孤立子在光纤中的传输作了论述，例如，Mollenhaur等人在1992年《电子学通信》第28卷，第8期，第792-794页上发表了“关于孤立子以5Gbits/s速率在单信道中无差错传输15000公里以上并在双信道WDM中以大于11000Gbit/s的速率进行传输的证明”。两个信道相隔0.4纳米。很可能较大的波导色散斜率促成了这样小的信道间隔，并将波分复用局限于仅两个信道。

使用色散平坦型单模波导可以把波分复用数目以及信道间隔提高大约5倍，提供较大的容量、较小的交叉信道干扰和较宽的复用信号的容限范围。

因此，色散平坦型波导纤维与孤立子信息传输的结合提供了一种用于提高波导纤维容量并增大再生器之间间距的强有力的工具。

另外，具有平坦斜率的波导纤维大大简化了保持孤立子在几个信道中传播所需的强度的过程。产生孤立子所需的信号强度或功率正比于群速色散。色散平坦型波导在扩大的波长范围内提供了均匀的群速色散。因此，降低了产生孤立子的阈值功率，并且每个信道的功率都基本相同。另外，放宽了对于孤立子信号脉冲中心频率的容限。

色散平坦型波导与孤立子在包括光放大器的系统中传输的结合还可产生其它的好处。非常长的无再生系统(例如Mollenhaur等人在上述《电子学通信》刊登的文章中所描述的系统)需要光放大器。当前的技术支持长度较短的(集中式)掺铒光纤放大器(EDFA)技术。但是，人们继续将他们的研究指向波长范围较宽且放大器增益曲线较平坦的掺铒光放大器，以及具有各种替换组合的光放大器。

在一般的运载中心波长不同的孤立子(因而速度不同的孤立子)的波导纤维中，孤立子可以相互穿过。在无损耗的波导(例如使用分布式光放大器的波导)中，相互穿过的孤立子基本上不变化。孤立子脉冲的中心频率、形状或强度没有变化。但是，色散平坦型波导光纤仍提供了一个好处。如上所述，孤立子功率直接依赖于色散。还有，作为波长函数的放大器增益曲线并不平坦。在非色散平坦型波导纤维设计中，由于色散随波长变化并且阈值功率依赖于色散，所以中心波长不同的孤立子具有不同的阈值功率。放大器增益对波长的依赖关系可以增大孤立子功率的差。因此，如在色散平坦型波导纤维中所做的，以大约等同的功率电平起动中心波长不同的孤立子将使放大器增益随波长变化所引起的孤立子功率的差降至最低。

当使用长度较短的(集中式)(即，非分布式)光放大器时，色散平坦型波导纤维的益处较大。Mollenauer等人在1991年3月的《光波技术杂志》第9卷，第3期上发表的“用集中式放大器的超长距离传输中使用孤立子的波分复用”论文已经指出，在使用长度较短的(集中式)光放大器的系统中，只要发生孤立子碰撞的波导长度相对于光放大器的间距来得长，那么当孤立子相互穿过(碰撞)时并不相互作用。

在孤立子脉冲系统中使用色散平坦型波导所带来的好处是明显的。由于该波导纤维的色散斜率很小，所以中心波长不同的孤立子的速度差要比(比方说)标准色散位移波导纤维的小。结果，增大了发生孤立子碰撞的波导长度，从而经几个放大器间隔长度上才发生一次碰撞，由此使集中式放大器对孤立子中心波长或沿波导相对位置的影响降至最低。

总之，使用孤立子信号脉冲与色散平坦型波导纤维的组合可以提供以下优点：

-增大了波分复用的波长范围；

-在使用分布式放大器的系统中，使因放大器增益随波长变化所引起的孤立子脉冲功率的变化最小；

-在使用集中式光放大器的系统中，使孤立子碰撞的时间偏移或中心波长位移最小；

-增大了孤立子中心波长的容限；

-增多了具有足以降低信道串扰并放宽波分复用限制的信道间隔的多路复用信号；