光纤的非线性光学效应

1、2.6.1 概述 在高强电磁场中任何介质对光的效应都会变成非线在高强电磁场中任何介质对光的效应都会变成非线性，光纤也不例外。性，光纤也不例外。 尽管用于光纤的玻璃材料的非线性很弱，但由于纤尽管用于光纤的玻璃材料的非线性很弱，但由于纤芯小，纤芯内场强非常高，且作用距离长，使得光芯小，纤芯内场强非常高，且作用距离长，使得光纤中的非线性效应会积累到足够的强度，导致对信纤中的非线性效应会积累到足够的强度，导致对信号的严重干扰和对系统传输性能的限制。号的严重干扰和对系统传输性能的限制。 反之，可以利用非线性现象产生有用的效应。比如反之，可以利用非线性现象产生有用的效应。比如开发放大器、调制器等新型器件。

2、开发放大器、调制器等新型器件。 导致新的学科分支导致新的学科分支非线性光纤光学。非线性光纤光学。nSBS、SRS及及FWM过程所引起的波长信道过程所引起的波长信道的增益或损耗与光信号的强度有关。这些非的增益或损耗与光信号的强度有关。这些非线性过程对某些信道提供增益而对另一些信线性过程对某些信道提供增益而对另一些信道则产生功率损耗，从而使各个波长间产生道则产生功率损耗，从而使各个波长间产生串扰。串扰。nSPM和和XPM都只影响信号的相位，从而使都只影响信号的相位，从而使脉冲产生啁啾，这将会加快色散引起的脉冲脉冲产生啁啾，这将会加快色散引起的脉冲展宽，尤其在高速系统中。展宽，尤其在高速系统中。在光

3、纤中传输中光脉冲，脉冲从前到后频率有变化叫做啁啾。在光纤中传输中光脉冲，脉冲从前到后频率有变化叫做啁啾。1effLLeffdzzPPL00)(1LLzedze10 rreffrdrdrIrdrdrIA,22effBeffthLgAP/21BthgwP/ )(212effReffthLgAP/16RthgwP/ )(162mWPWcmgmAkmLthReffeff560,/107,50,20112SRSSRS的阈值功率较高。由于光波系统中的注入功的阈值功率较高。由于光波系统中的注入功率一般低于率一般低于10mW10mW，因此，因此SRSSRS一般对光纤损耗不一般对光纤损耗不起作用。起作用。222

4、),(EnnEn一、自相位调制SPMn折射率非线性分量的出现将引起导模传播常数的变折射率非线性分量的出现将引起导模传播常数的变化，使传播常数增加了一附加项：化，使传播常数增加了一附加项：effAn22P 非线性相移非线性相移ineffeffeffinLNLPALnLPdZZP)/2()(20 频率啁啾dtdPALndtdineffeffspm2)(21SPM特点nSPM导致频率啁啾，正比于光强对时间的微分导致频率啁啾，正比于光强对时间的微分n频率啁啾将导致脉冲谱宽增加频率啁啾将导致脉冲谱宽增加nSPM与色散共同作用，在正常色散区，加剧脉冲与色散共同作用，在正常色散区，加剧脉冲展宽速度；在反常色

5、散区减低脉冲展宽速度展宽速度；在反常色散区减低脉冲展宽速度(但但SPM将导致脉冲畸变将导致脉冲畸变)，在一定条件下，可以使色，在一定条件下，可以使色散效应与散效应与SPM效应互相抵消，实现脉冲无畸变传效应互相抵消，实现脉冲无畸变传输输-孤子孤子n非线性效应产生的自相位调制一般不大，对非线性效应产生的自相位调制一般不大，对IM/DD系统无关紧要，但在级联放大系统和系统无关紧要，但在级联放大系统和WDM系统中则不容忽视，在相干波系统中也不能系统中则不容忽视，在相干波系统中也不能忽视忽视二、互相位调制XPMn在多波长系统中（在多波长系统中（WDM），光强的变化引起相位的变化，），光强的变化引起相位的

6、变化，由于相邻信道间的相互作用，引起交叉相位调制。由于相邻信道间的相互作用，引起交叉相位调制。 XPM是不同波长的光脉冲在光纤中共同传输时引起的一种光场是不同波长的光脉冲在光纤中共同传输时引起的一种光场的非线性相移。的非线性相移。n特点：特点：信道光信号产生的非线性相移不仅取决于其自身的信道光信号产生的非线性相移不仅取决于其自身的强度或功率，也取决于其他信道信号功率，因而第强度或功率，也取决于其他信道信号功率，因而第j信道的信道的相移可写为：相移可写为：MjmmjeffjNLPPL2三、四波混频FWMnFWM： 光纤中不同波长的光波相互作用而导致在其它波光纤中不同波长的光波相互作用而导致在其它波长上产生所谓混频产物或边带的新光波的现象。长上产生所谓混频产物或边带的新光波的现象。练习n光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响？n某1.3um光波系统，光纤链路长50km，损耗为0.5dB/