Page 41 - 网络电信7月刊下

解 决 方 案

光纤通信中自相位调制与四波混频影响因素仿真

孙活 四川工商学院电子信息工程学院

摘 要：为了解决在高速率传输过程中，光纤介
质的非线性效应及其在波分复用（ＷＤＭ）系统中
光信号造成的严重衰减问题，围绕自相位调制和四
波混频两种非线性效应进行分析，采用ＯｐｔｉＳ
ｙｓｔｅｍ模拟软件分析了造成ＳＰＭ和ＦＷＭ效
应的主要变量因素．结果表明，输入功率、信道间
隔以及色散是造成自相位调制和四波混频性能变化
的主要原因，通过调整这些参数可以提高光纤传输
性能，为进一步优化奠定了基础．
关 键 词：四波混频；信号衰减；自相位调
制；非线性效应；脉冲频移；光纤色散；信道间
隔；边带功率

光纤是长距离数据传输的有效方式，信息以光的形式通过 降，导致产生时变折射率．短暂性变化指标造成非线性相移随
光纤传输．由于光纤具有高带宽、高数据传输速率、强抗干扰 时间变化．光场的相位变化表达式为
能力、电气隔离、信号安全性高、较小的尺寸和重量等优点，
已成为当前的主导技术．然而，光学光纤通信中仍存在一些物 式中：ｎ为线性折射率；ｎ 2 为光纤的非线性折射率；
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理限制因素，这些限制因素包括线性和非线性两种．在光通信 |E| 为光信号的强度；ｋ 0 为自由空间波数，ｋ 0 ＝2π/λ，
系统中，通过光纤的光信号可能受到线性或非线性影响，此处 其中，λ为光信号的波长；Ｌ为光纤的长度．非线性相移
线性与非线性特指强度独立和强度依赖现象．非线性效应在高 是由于SPM而造成的，相移导致光脉冲产生频
功率情况下变得明显，并影响系统性能．因此，在设计光纤通 移．光脉冲的前端被移动到较低的频率，脉冲的尾部则移动到
信系统时应着重考虑非线性效应．非线性效应分为两类，分别 更高的频率，如图1所示．
为非线性折射效应和非线性散射效应．主要的非线性效应包括 图１ SPM引起的光脉冲频移对比
自相位调制（SPM）、相位调制(XPM)、四波混频(FWM)、受激拉
曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS).SPM、XPM和FWM是非线性
折射效应，SRS和SBS是非线性散射效应．非线性折射效应是由
于折射率对施加的电场强度的依赖性所造成的 [1] ．例如，光纤
二氧化硅的介质在强电磁场时非线性地响应于光．光纤中的感
应非线性介电极化表达式为

式中：P NL （r，t）为非线性介电极化，r为位置矢量,t为时
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间；ε 0 为真空介电常数；χ （3) 为三阶极化率；Ｅ (r,t)为电场
．三阶极化率χ （３） 引起SPM、XPM和FWM效应．本文围绕自相位
调制与四波混频两种非线性效应对光纤通信的非线性信号进行
观察，并采用OptiSystem13模拟工具对变量效应因素进行了分
析，以观察导致SPM和FWM增长的各种因素．

一、自相位调制 频移的时间依赖性称为频率啁啾．由于SPM效应，当脉冲持
光纤的折射率取决于通过光纤传播的光信号强度．在SPM 续通过光纤传播时，会连续产生新的频率分量．由SPM生成的频
中，由于光信号在光纤传播过程中经历的相移是自感的，因 率分量扩大了光脉冲的频谱，这种脉冲频谱扩展显著增加了信
此，该现象被称为自相位调制 ［２］ ．当光脉冲通过光纤传输 号带宽，并限制了光纤通信系统的性能 ［３］ ．SPM造成的损耗取
时，光纤中任意一点的强度随着脉冲的通过而上升，然后下 决于系统的输入功率．

64 网络电信 二零一七年七月