雙芯耦合光纖中非等幅孤子對的傳輸特性

王錦麗　鐘春曉　李蓉　任喜梅

摘要本文利用變分原理，采用具有一般意義的非等幅孤子對的嘗試解，導出了雙芯耦合光纖中孤子對參數演化的動力學方程組，分析了三階色散和耦合系數對傳輸的影響。

關鍵詞孤子對傳輸耦合光纖變分原理

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A

0引言

在高速光孤子通信系統中，人們發現光纖孤子對在傳輸過程中存在相互作用，這會直接影響到通信碼率的提高，而耦合光纖是實現不同光纖之間光學孤子轉換的基本光學器件，如光孤子開關和光孤子定向耦合器等，在這種情況下對光纖孤子對進行研究就非常必要。本文采用變分原理分析了耦合光纖中非等幅孤子對的傳輸特性。

1理論模型

考慮由兩圓形橫截面的單模光纖組成的雙芯耦合光纖。光學孤子在光纖中的傳輸特性可以用下列耦合的非線性薛定諤（NLS）方程描述

(1a)

(1b)

式中，分別是兩耦合光纖中脈沖的包絡幅值，是歸一化的傳輸距離，是歸一化的傳輸時間。是耦合系數， ，其中 ，是孤子對的初始寬度。

為研究孤子對的傳輸特性和相互作用，本文選取下列嘗試解分別描述纖芯（1）和纖芯（2）中的脈沖：

(2a)

(2b)

式中，的參數表示脈沖的包絡幅值，兩纖芯中的孤子幅值分別為、；為脈沖寬度；表示兩纖芯功率耦合的耦合角；表示脈沖的中心位置；表示平均頻率參數；表示啁啾參數；脈沖之間的相對相位。孤子參數都是的慢變函數。

2孤子對參數的演化方程組

由方程（1）所描述的系統的拉氏密度函數可表示為

（3）

其中

其正確性可通過變分原理導出方程（1）而驗證。

把（2）代入（3），可得系統的平均拉氏密度為

（4）

其中C為平均耦合拉氏密度，

（5）

對C的計算用到了積分關系式

而孤子間的相互作用只有在孤子間距很小時才體現出來，因此可設，將（5）式中的各項利用級數展開。略去的高階小量，C可以簡化為

（6）

利用約化的變分原理可導出孤子參數演化的變分方程

其中表示，， ， ，，，等參數。

利用（4）式的可推出：

，即（常數） （7）

（8）

（9）

（下轉第286頁）（上接第274頁）

（10）

（11）

（12）

3結果討論

由方程（7）可知，三階色散和耦合不改變孤子對的絕熱特征，即 。

由（11）式可知，當為45笆保即等幅孤子對）耦合系數對相位的影響最大?

由方程（12）可知，光纖之間的耦合對兩孤子間的相對距離有影響，耦合系數越大，孤子間的相對距離的變化越慢，這可以使孤子對之間的相互作用穩定。當為45笆保即等幅孤子對）耦合系數對相對距離不產生影響?

參考文獻

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