呢? 国际期刊的光学 1687 - 9392 1687 - 9384 Hindawi 10.1155 / 2020/3436729 3436729 研究文章 理论分析小说WDM光长途网络使用分步傅里叶方法 https://orcid.org/0000 - 0003 - 0728 - 5240 Chakkour Mounia https://orcid.org/0000 - 0001 - 9097 - 8069 Aghzout Otman Chaoui 法赫德 Cerullo 朱里奥 计算机科学工程系 SIGLab 国家应用科学学院 - 摩洛哥 uh1.ac.ma 2020年 1 3 2020年 2020年 19 06 2019年 29日 01 2020年 01 02 2020年 1 3 2020年 2020年 版权©2020 Mounia Chakkour et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

在本文中,一个新的光传输模型研究和发展以提高波分复用光纤传输系统的性能。为了这个目的,一个有效的理论方法结合光纤布喇格光栅(FBG)和掺铒光纤放大器(EDFA)实现的。增强传输信号的振幅与重要的补偿彩色分散和减少大量的非线性影响。反射率峰值、半宽度带宽,和旁瓣水平研究了深度展示该方法的效率。应用新方法,我们认为是一个复杂的系统的16通道波长,分步傅里叶方法被用来解决非线性薛定谔方程,和传递矩阵法应用于描述耦合模式方程。相对应的波长不同的反射率值的峰值计算之前在光纤光栅输出部分被注入了EDFA的输入来确定输出功率和增益的新传输系统。使用Matlab程序所有的结果进行了分析。

 1。介绍

近年来,波分多路复用通信系统已经广泛用于解决高比特率的需求增长速度网络,采用光纤作为通信媒介和网络( 1]。WDM基本上是一个光传输技术,它的多放映场影剧院不同信号的不同波长和可以提供数据容量超过几百千兆每秒数千公里的单模光纤。然而,在长途高速WDM系统中,信号传输受到不同的障碍,如纤维损失和信号衰减 2- - - - - - 4]。出于这个原因,新技术的出现来满足新的挑战波分复用(WDM)技术的发展和相关的增长的需求在光通信系统的传输容量。光学放大器通常部署在洲际,潜艇,和其他先进的长距离连接帮助扩展功率预算,从而减少连接点的数量。光学放大器也旨在减少色散和衰减的影响,它允许对长途光学系统的性能改善。有不同类型的放大器,如光纤拉曼放大器(FRA)和掺铒光纤放大器(EDFA)介绍了遇到新的WDM的挑战。拉曼放大器提高噪声图和降低光纤的非线性处罚系统,这提高了系统整体性能从而使放大器跨度长,更高的比特率,更紧密的信道间隔( 5]。放大的另一个选择是EDFA,结果在一个优越的整体性能由于低损耗石英纤维光学窗口。EDFA还大的增益带宽,通常几十纳米,适当放大数据通道的数据率最高不呈现任何涨幅缩小的影响( 6, 7]。然而,使用光学放大产生了新的问题,如群速度色散和非线性纤维的影响。四波混频(光)、受激拉曼散射(SRS),和Cross-Phase调制(XPM)是最主要的类型的非线性效应生成由于光学放大和限制光学传输的性能 8- - - - - - 10]。提出了许多数值方法补偿色散,减少光纤传输系统中的非线性效应( 4, 11, 12]。在这项工作中,我们提出一种新的光传输模型来提高WDM光传输系统的性能使用光纤布喇格光栅(FBG)和EDFA基于分步傅里叶方法(SSFM)。为此,已研制出的一种新的代码详细模拟和评估性能的光学波分复用传输系统的16通道的非线性和色散参数。首先,SSFM已应用于解决非线性薛定谔方程描述光纤中光传播。TTM也已应用于模拟光纤布拉格光栅的反射谱传感器16个信道WDM网络的目的是计算反射率峰值,半宽度(应用)和旁瓣水平(SLL)。最后,相对应的波长不同的反射率值的峰值计算之前的光纤光栅输出被用作EDFA的输入来确定传动系统的输出功率和增益。下的光学传输系统研究与先前发表的一份类似的工作相比其他作者( 13]。从研究结果本文演示开发方法的效率非常高。

 2。WDM传输系统使用光纤光栅和EDFA 2.1。设计考虑

光传输系统已经经历了巨大的升级,由于大容量数据传输的需求。然而,不同的因素仍然影响光传输系统,如色散,衰减现象,非线性效应( 14]。许多作者提出的想法是找到解决这些问题的办法。但是,在很多情况下,这类问题依然存在( 5, 15]。因此,本文的主要目的是提出一个新的方法来面对这些挑战并获得结果与效率高。为了这个目的,一个简单的理论方法的基础上,结合光纤光栅和EDFA将被集成在同一传输系统,如图 1。

光传输系统设计。

图 1本文展示了光学系统设计。介绍了EDFA的目标遇到衰减现象,同时介绍了光纤光栅色散补偿和减小非线性效应( 16]。确定获得的光学网络,仿真系统分为三个部分,第一个是由多路复用输出与单模光纤(SMF),第二个是由SMF-FBG FBG-EDFA,第三部分是由EDFA的多路分解输入。在应用程序的方法,遇到新的问题,即,可以将光纤光栅的方式结合EDFA。因此,我们建议在图 2最方便的方法来解决这个问题。该方法包括注射相对应的波长不同的反射率值的峰值计算之前的光纤光栅作为EDFA输入输出部分。然后,输出波长的光纤光栅节将被视为对EDFA的输入。这个解决方案可以作为我们工作的新颖性。

光传输系统配置。

 2.2。方法描述

为了获得一个非常高效的系统响应,开发方法已经仔细计算结果精度高。作为第一步,著名的SSFM被用来评估开发的性能模型的非线性和色散参数( 8]。我们SSFM适用于解决非线性偏微分方程,如非线性薛定谔方程(NLSE) [ 13]。众所周知,SSFM pseudospectral常用数值方法分析光纤的非线性效应。非线性偏微分方程的解给出如下: (1) ∂ 一个 ∂ z = − α 2 − 我 β 2 2 ∂ 2 ∂ T 2 + β 3 6 ∂ 3 ∂ T 3 一个 + 我 γ 一个 2 + 我 年代 1 一个 ∂ ∂ T 一个 一个 2 − T R ∂ 一个 2 ∂ T 一个 , (2) ∂ 一个 ∂ z = D 一个 + N 一个 , 在哪里 D( 一个)是所有线性项的操作符 一个和 N( 一个)是非线性算子。通过使用这些定义,方程( 3)可以表示短暂 (3) ∂ 一个 ∂ z = D + N 一个 。

如果我们假设 D 和 N 是独立的 z方程( 4)可以完全集成和解决方案 z+ h将 (4) 一个 z + h , T = 经验值 h D + N 一个 z , T 。

对常用的对称近似( 8),方程( 5)写如下: (5) 一个 z + h , T = 经验值 h 2 D 经验值 h N 经验值 h 2 D 一个 z , T 。

在第二部分中,我们将解决耦合模式的理论方程,目的是获取光谱响应。在本节中,应用TMM得到优化的基于反射光谱反射率,SSL,分别和每个波长的应用。因此,一种新的算法描述详细的理论模型。来确定输出功率和增益的光传输网络,施工期间遇到的最困难的挑战之一的新算法是如何连接光纤光栅和EDFA部分。作为一个解决方案,首先,我们从第一部分计算波长矩阵不同的值对应的反射率峰值计算以前EDFA的输入。简而言之,光纤光栅的输出部分视为EDFA的输入部分。

本文开发的详细算法,说明了主要步骤后评估和提高传输光网络性能呈现在图 3。这个算法的流程图已经仔细程序检查色散和非线性效应。介绍了光网络的属性作为第一步。然后,SSFM NLSE方程组的求解方法应用于性能的评价,目的是开发模型的非线性和色散参数。介绍了耦合模式理论和TMM获得光纤光栅的光谱响应基于我们的新代码,目的是获取三个关键参数,反射率水平、应用和SLL。不同的值对应的不同波长光纤光栅的反射率峰值输出获得以前被用作EDFA输入,为了确定的输出功率和增益光纤网络传播。

流程图在这项研究。

 3所示。结果和讨论

在第一部分中,一种新的方法将开发研究16通道的光传输系统的性能,以确定光传输网络的增益的非线性和色散参数。

3.1。输出系统的阅读没有EDFA和光纤光栅

理解光纤光栅和EDFA的方式影响到通信图 1作为第一步,光学传输系统进行了研究和调查没有这两个组件,如图 4目的是评估开发方法的性能。

光传输系统没有光纤光栅和EDFA组件。

 3.1.1。输出信号振幅

图 5代表的3 d行为输出信号振幅不同价值观的光纤没有光纤光栅和EDFA在时域求解薛定谔方程。它显然可以observerd从图 5当输入功率的增加,振幅也会增加的价值。图 6描述了光传输光纤的输出信号振幅和时间SSFM申请数值模拟结果。

输出信号振幅的光纤长度不同的值(a)销= 1 mW。(b)销= 2 mW。(c)销= 3兆瓦。

不同的输入功率值的输出信号振幅。

我们可以明显的观察到3兆瓦的电力输入振幅值最高,1兆瓦的电力输入振幅值最低。它还可以清楚地注意到,当输入功率增加时,输出信号振幅的理想谱。

 3.1.2。色散长度和非线性长度

为了研究没有光纤光栅的光传输系统性能和EDFA的色散长度 lD长度和非线性 l问SSFM方法应用。色散长度是简化的表达式 (6) l D = T 0 2 β 2 。

非线性长度可以从这种关系决定。 (7) l LN = 1 γ P 0 , 在哪里 T 0 是输入脉冲宽度, β 2 是一群速度色散, P 0 峰值功率, γ 是非线性系数。

图 7介绍了色散长度的变化 lD和非线性长度 l问在不同的波长值 l= 100公里。

的变化 lD和 l问在不同的波长值100公里。

从图可以看出 7当波长增加,非线性长度成比例增加,而色散长度的值仍然几乎相同。也可以注意到,纤维长度高于非线性和色散长度,例如, l> lD和 l> l问。我们可以得出结论,当纤维长度 l长或比得上吗 lD和 l问、色散和非线性控制的脉冲沿光纤传播。

 3.1.3。增益和输出功率在光传输系统

表 1介绍了每个通道的输出功率和增益的光学网络没有EDFA和光纤光栅。可以看出,输出功率和增益值的增加逐渐随着波长的增加。输出功率是简化的表达 (8) P 出 = 10 日志 10 P sp 1 e − 3 , 在哪里 Psp功率信号在吗 z+。从这种关系中获得可以确定的 (9) G = P 出 P 在 。

光网络的输出数据。

波长(nm) 获得(dB) 输出功率(dBm)
1546年 32.45 09.94
1546.8 32.80 09.96
1547.6 33.15 09.98
1548.4 33.49 10.00
1549.2 33.84 10.02
1550年 34.19 10.04
1550.8 34.54 10.06
1551.6 34.89 10.08
1552.4 35.24 10.10
1553.2 35.59 10.12
1554年 35.94 10.14
1554.8 36.29 10.15
1555.6 36.64 10.17
1556.4 36.99 10.19
1557.2 37.34 10.21
1558年 37.69 10.25
3.2。输出阅读EDFA和光纤光栅的新方法

在本节中,我们研究了光学系统呈现在图 1。从图可以看出,两个新的附加组件(光纤光栅和EDFA)已经集成的设计来提高反应的色散,衰减现象,如光的非线性影响。详细研究了光学传输系统,和所有参数影响是考虑获得有效的结果。这个新模型的比较结果和类似的没有光纤光栅和EDFA将后方的LD, LNL,输出信号幅度,增益和输出功率。

最初,色散长度和非线性长度进行了研究。在图 8,提出非线性长度的变化在不同的波长值。结果证明,该系统与光纤光栅和EDFA提供更高 l问值相比,相同的没有这两个组件。基于这些结果,我们可以得出结论,光纤光栅和EDFA在通信的实现图的设计 1一定能显著减少非线性效应。

的变化 l问在不同的波长值。

图 9介绍了色散补偿的影响模型,并可以观察到开发方法提供了更好的性能没有光纤光栅色散的长度和EDFA是当使用光纤光栅和EDFA相比低得多(约500公里)。当纤维长度 l是这样的, l< < l问和 l< < lD,色散和非线性效应脉冲传播时发挥重要作用。

的变化 lD在不同的波长值。

 3.2.1之上。输出信号振幅

该方法没有输出信号振幅和光纤光栅和EDFA对不同光纤长度值是描绘在图 10。它可以清楚地看到,建议的使用方法提供了更好的输出信号振幅长光纤长度值。

输出信号振幅变化在不同光纤长度的值。

为了演示新开发方法的效率,开发了模型的仿真结果进行比较,(11)。结果比较认为相同的初始设置:纤维长度在50公里和输入功率是1 mW。

图 11显示最大的值的比较结果输出信号振幅依赖的光纤长度,它显然可以观察到我们的模型提供了更好的振幅值的纤维长度,这证明了光网络发展的效率减少非线性效应和WDM光传输系统中色散进行补偿。

输出信号振幅的变化变化在不同光纤长度的值。

 3.2.2。反射率光谱16 WDM光通道

得到优化的反射光谱的开发模型,耦合模式理论(CMT)和TMM是应用。为此,开发了一个新的代码确定反射率峰值,SSL,分别和每个波长的应用。

波分复用(WDM)技术的使用在光传输系统及其相关的光纤网络影响光学系统的性能。但是,它可以从数据显然注意到 12和 13,在提出的模型中,16个传输波长保持高反射率较低旁瓣水平和狭窄的应用,进一步证明了该模式的有效性 11]。

的反射率光学通道。

16反射率光学通道。

表 2代表的结果在不同的波长值输出读数。它可以明显观察到,反射率高的水平,一个高效的旁瓣抑制,在这项研究中已经取得了和小的半最大值宽度。

反射率、应用和SLL 16波长。

波长(nm) 反射率(%) 应用(m) SLL (dB)
1546年 99.19 1.5459 e−10 −32.6672
1546.8 99.19 1.5467 e−10 −32.6696
1547.6 99.18 1.5475 e−10 −32.6724
1548.4 99.18 1.5483 e−10 −32.6758
1549.2 99.18 1.5491 e−10 −32.6795
1550年 99.17 1.5499 e−10 −32.6838
1550.8 99.17 1.5507 e−10 −32.6885
1551.6 99.17 1.5515 e−10 −32.6936
1552.4 99.17 1.5523 e−10 −32.6992
1553.2 99.16 1.5531 e−10 −32.7052
1554年 99.16 1.5539 e−10 −32.7117
1554.8 99.16 1.5547 e−10 −32.7187
1555.6 99.16 1.5555 e−10 −32.7261
1556.4 99.15 1.5563 e−10 −32.7339
1557.2 99.15 1.5571 e−10 −32.7422
1558年 99.15 1.5579 e−10 −32.7509
3.2.3。输出功率和增益16 WDM光通道

第二部分的光传输系统设计是由SMF-FBG FBG-EDFA。相应的波长的反射率峰值表所示 3。

波长对应于不同的反射率值峰值之前和之后的光纤光栅。

波长(nm) 在光纤光栅 1546年 1546.8 1547.6 1548.4 1549.2 1550年 1550.8 1551.6
在光纤光栅 1546年 1546.81 1547.62 1548.4 1549.19 1550年 1550.79 1551.61
在光纤光栅 1552.4 1553.2 1554年 1554.8 1555.6 1556.4 1557.2 1558年
在光纤光栅 1552.41 1553.22 1554年 1554.8 1555.59 1556.4 1557.21 1558年

图 14代表了开发模型的输出功率与光纤光栅和EDFA,没有光纤光栅和EDFA。可以观察到的开发方法与光纤光栅和EDFA给更好地与高性能全波长输出功率。

在不同的波长值输出变化。

图 15显示的行为模型与光纤光栅和EDFA的增益和没有光纤光栅和EDFA,基于不同波长。结果证明,用光纤光栅和EDFA我们获得更好的获得比没有光纤光栅和EDFA的开发模型。也可以注意到开发方法与光纤光栅和EDFA的增益仍然几乎等于六波长,可以认为是我们开发的一个附加值光网络( 3]。

在不同的波长值增益变化。

 4所示。结论

在这篇文章中,一个新的光网络模型引入光纤光栅和EDFA的获得了确定光传输网络和学习16个通道的光传输系统的性能的非线性和色散参数。SSFM方法数值模拟应用于解决非线性薛定谔方程减少线性和非线性效应。CMT和TMM也应用于获得优化的反射光谱反射率高、小应用,高效的旁瓣抑制。解决的挑战补偿色散,减少非线性效应,一个简单的技术应用;这种技术由连接光纤光栅和EDFA对输出功率和增益的光传输系统。仿真结果表明,该方法结果提供更好的反应与其他作品相比,这表明进一步发达技术的效率。

 数据可用性

这项工作没有收到具体执行资金但是作者作为就业的一部分。大学雇主Abdelmalek Essaadi, Tetuan-Morocco。SIG-Laboratory可以联系在这个电子邮件地址: yassin.chkouri@gmail.com。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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