光纤通信系统以其传输速度快、传输距离远、信息容量大、保密性强等优势而备受人们的青睐,并已成为现代通信的主体。光孤子通信是一种全新的超高速、大容量、超长距离的非线性全光通信技术。它以非线性光学作为理论基础,降低或克服了光纤色散对光信号传输的限制,通信距离可达数万公里,并适用于波分复用和光时分复用长距离高速光纤通信,是进一步提高光纤通信系统容量的最佳通信方式。本论文旨在研究光孤子在单模光纤中的传输特性以及光孤子通信系统中的高阶非线性效应和偏振模色散对光孤子传输的影响及其抑制问题。论文在分析光孤子传输的基本原理和性质的基础上,就光孤子通信系统中的若干问题进行了初步探讨,重点研究了高阶非线性效应——拉曼自频移效应和偏振模色散对光孤子传输特性和孤子之间相互作用的影响及其抑制。 论文首先对光孤子通信的基本概念和影响光孤子通信系统的传输特性和传输容量的主要因素进行了分析和介绍,简述了当前光孤子通信的发展状况和发展前景;其次,利用数值方法——对称分步傅立叶算法求解了描述单模光纤中光脉冲传输的基本方程——非线性薛定谔方程和高阶修正的非线性薛定谔方程,重点讨论了单模光纤中光孤子的形成机制,分析了光孤子脉冲的传输特性;再次,作为比较,论文在不考虑高阶非线性效应的情况下,从初始入射脉冲的相位差和相对振幅两个角度分析了孤子脉冲之间相互作用,而后详细讨论了在脉冲内拉曼散射效应影响下,同相和反相相邻基态和高阶孤子之间的相互作用,分析了孤子之间的相互作用对定时抖动的影响和脉冲内拉曼散射效应对孤子频移的影响,并提出和证明了非线性增益和滤波控制对脉冲内拉曼散射效应影响下孤子脉冲之间相互作用的有效抑制;然后,以描述光脉冲在双折射光纤中传输过程的耦合非线性薛定谔方程作为理论模型,利用分步傅立叶算法从时域角度模拟了光孤子的演化过程,从频域角度分析了频谱的变化,同时研究了双折射光纤中相邻同相和正交孤子之间的相互作用,并分析了相对振幅、初始入射功率以及偏振模色散对相邻光孤子脉冲之间相互作用的影响;最后,以Manakov方程作为分析偏振复用孤子系统的理论模型,论文研究了偏振复用系统中多个孤子脉冲之间的相互作山东大学硕士学位论文亘旦旦旦旦旦旦旦旦旦里旦鱼鱼鱼亘亘旦里里旦旦旦旦用,分析了偏振复用孤子脉冲之间的相互作用对偏振复用孤子系统定时抖动的影响,并针对这一问题提出了利用非线性增益来有效抑制偏振复用系统中孤子脉冲之间相互作用的解决方案。 在论文的最后对本文工作进行了较为系统的总结和展望。在己有的理论基础和已得到的研究结果的基础上,对光孤子通信系统中的有待进一步开展的后续工作,如各种高阶非线性效应及其联合作用、偏振模色散和孤子之间的相互作用对光孤子通信系统的影响及其抑制,以及光孤子传输系统的设计及其系统参数的优化,做了一个初步说明。关键词:光纤通信,光孤子,偏振模色散,拉曼散射效应,定时抖动,非线性薛定愕方程,孤子互作用,非线性增益