采用分步傅里叶方法新型WDM光长途网的理论分析

抽象

在本文中，一种新的光传输模型进行了研究，以提高波分复用光传输系统的性能发展。为了这个目的，一个有效的方法的理论结合光纤布拉格光栅（FBG）和掺铒光纤放大器（EDFA）被实施。获得与所述色散的重要补偿和对非线性效应大的降低所发射的信号的振幅增强。的反射率峰值，半最大值带宽的全宽度，和旁瓣电平已经得到深入研究，以证明了该方法的效率。以应用新的方法，我们考虑的16信道的波长，其中使用的分步傅里叶法求解非线性Schrodinger方程一个复杂的系统，并且施加的传递矩阵法来描述耦合模式方程。对应于FBG输出部先前计算的反射峰的不同值的波长注射作为EDFA输入，以确定输出功率和新的传输系统的增益。所有的结果都是使用Matlab程序进行分析。

1.简介

近年来，波分复用通信系统已经被广泛使用作为解决高比特率高速网络，其采用光纤作为介质用于电信和网络[日益增长的需求1]。WDM基本上是一个光传输技术，其复用不同的不同波长的信号，并且可以在一个单模光纤提供超出数百千兆超过每秒数千公里的数据容量。然而，在长距离高速WDM系统中，信号传输是由不同的损伤，如纤维损失和信号衰减[限于2-4]。出于这个原因，新技术的出现来满足WDM技术的发展和需求的光通信系统的传输容量的相关增长的新的挑战。光放大器已被广泛部署在洲际，潜艇，和国家的最先进的等长距离连接，以帮助扩展功率预算，从而减少连接点的数量。光放大器也被设计以减少色散和衰减，这允许用于长途光系统改进的性能的影响。有不同类型的放大器，如光纤拉曼放大器（FRA）和已引入遇到新的挑战WDM掺铒光纤放大器（EDFA）的。拉曼放大器提高噪声指数和减少纤维系统的非线性惩罚，这提高了整个系统的性能从而允许更长的跨度放大器，更高的比特率，和更近的信道间隔[五]。用于扩增的另一种选择是EDFA，这是由于基于二氧化硅的光纤的低损耗光学窗口导致总体性能优越。EDFA也有大的增益带宽，这通常是几十纳米，并且它是足够的以最高数据速率AMPLIFY数据信道，而不呈现增益窄化的任何影响[6，7]。然而，使用光放大的已产生了新的问题，如群速度色散与非线性光纤效应。四波混频（FWM），受激拉曼散射（SRS）和交叉相位调制（XPM）是已被因为产生的光放大和限制光传输的性能[最主要的类型的非线性效应8-10]。许多数值方法已被提出，以补偿色散和降低在光纤传输系统中的非线性效应[4，11，12]。在这项工作中，我们提出了一种新的光学传输模式，提高使用光纤布拉格光栅（FBG）和EDFA的WDM光传输系统的基础上，分步傅里叶方法（SSFM）的性能。为了这个目的，一个新的代码已经开发了细节以模拟和评估16个信道的光WDM传输系统的非线性和色散参数的方面的性能。首先，SSFM已经被应用到解决，描述在光纤的光传播的非线性薛定谔方程。所述TTM也已应用，目的是计算出的反射率峰值，全宽度半最大值（FWHM）来模拟16频道WDM网络的光纤布拉格光栅传感器的反射光谱，旁瓣电平（SLL）。最后，对应于FBG输出先前计算的反射峰的不同值的波长被用作EDFA输入来确定输出功率和传输系统的增益。所研究的光传输系统已经与其他作者以前发表过类似工作相比[13]。从纸的研究中获得的结果证明所提出的方法的一个非常高的效率。

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巨大的升级由于用于数据传输的大容量的需求。然而，不同的因素仍然不利像色散，衰减现象和非线性效应[光传输系统影响14]。许多想法都提出了作者找到这些问题的解决方案。但是，在许多情况下，这些类型的问题仍然存在[五，15]。因此，本文的主要目的是提出应对这些挑战，并获得高效率的结果的新方法。为了这个目的，基于FBG和EDFA的组合的简单的理论方法将被集成在相同的传输系统中，如图1。

数字1示出了本文所设计的光学系统。该EDFA被引入，目的是遇到的衰减现象，而FBG被引入，以补偿色散和降低非线性效应[16]。以确定所述光网络的增益，我们已划分的仿真系统分为三个部分，第一个是通过用单模光纤（SMF）的复用输出形成，所述第二是由通过SMF-FBG与FBG-EDFA和所述第三部分是由EDFA与解复用输入形成。在此方法的应用，一个新问题已遇到，即，该方式，其中FBG可与EDFA结合。因此，我们建议在图2最方便的方法来解决这个问题。该方法包括注入对应于FBG输出部作为EDFA输入先前计算的反射峰的不同值的波长。然后，FBG部分的输出波长将被认为是用于EDFA输入。该解决方案可以被视为我们工作的新颖性。

2.2。方法说明

为了获得系统响应的一个非常高的效率，所提出的方法已被仔细计算，以提供具有高精确度的结果。作为第一个步骤中，将公知的SSFM被用来评估在非线性项和分散参数[发达模型的性能8]。我们已经采用SSFM解决非线性偏微分方程诸如非线性薛定谔方程（NLSE）13]。如已知的，是SSFM通常用于分析在光纤中的非线性效应的伪谱数值方法。非线性偏微分方程的解给出如下： 哪里d（一个）是所有线性项的在操作者一个和ñ（一个）是所有非线性的运营商。通过使用这些定义，公式（3）可以表示简述

如果我们假设和是独立的ž，方程（4）可以准确地被集成，并在该溶液ž + H将会

对于常用的对称近似[8]，方程（五）写为如下：

在第二部分中，我们将解决耦合模理论方程，目的是获得光谱响应。在本节中，TMM被施加到得到基于反射率，SSL和各波长的FWHM分别优化的反射光谱。因此，描述的理论模型一种新的算法已被详细说明。为了确定输出功率和整个光学传输网络的增益，新算法的建设过程中遇到的最严峻的挑战之一就是如何将光纤光栅和EDFA部分联系起来。作为一种解决方案中，首先，我们计算从对应于作为输入EDFA先前计算出的反射率峰的不同值的第一部分中的波长矩阵。总之，FBG部分的输出被认为是EDFA部分的输入端。

在本文中示出，接着，以评估和提高传输光网络性能的主要步骤开发的详细的算法在图呈现3。该算法的流程都经过精心编程检查色散和非线性效应。所述光网络性能被引入作为第一步骤。然后，在施加SSFM的方法来解决，其目的的NLSE方程来评估开发的模型的非线性和色散参数的方面的性能。耦合模式理论和TMM相继出台，以获得基于我们的目标是获得三个重要的参数，它是反射率水平，FWHM和SLL新代码的FBG的光谱响应。对应于FBG反射峰的不同值的不同波长的输出而获得先前已被用作EDFA的输入，以确定输出功率和所述传输光网络的增益。

3.结果与讨论

在第一部分中，一个新的方法将被开发研究，以确定光传输网络的非线性和色散参数的方面的增益16个通道的光传输系统的性能。

3.1。该系统的输出读数不掺铒光纤放大器和光纤光栅

为了理解其中FBG和EDFA影响在图通信的方式1作为第一步骤中，光传输系统进行了研究，并如图没有这两种组分调查4，目的是评估本文所提出的方法的性能。

3.1.1。输出信号幅度

数字五表示没有FBG和EDFA光纤的不同值的输出信号幅度的在时域中求解Schrodinger方程后的3D行为。它可以清楚地从图中可以observerd五当输入功率的增加，振幅的值也增加。数字6描述光传输光纤与在SSFM申请数值模拟结果的时间的输出信号幅度。

We can obviously observe that the input power of 3 mw has the highest amplitude value, and the input power of 1 mw has the lowest amplitude value. It can be clearly also noticed that when the input power increases, the ideal spectrum of the output signal amplitudes was achieved.

3.1.2。色散长度和非线性长度

为了研究在长度分散方面没有FBG和EDFA的光传输系统的性能大号_d和长度的非线性大号_NL中，SSFM方法应用于。该分散体长度的表达被简化为

非线性长度可以从这个关系来确定。 哪里是输入脉冲宽度，是群速度的分散，是峰值功率，和是非线性系数。

数字7呈现分散长度的变化大号_d和非线性长度大号_NL在与不同波长的值大号 = 100 km.

如从图中可以看出7，当波长增加时，非线性长度成比例地增加，而分散体长度的值保持几乎相同。它也可以被注意到的是，纤维长度小于非线性长度和色散距离，例如更高，大号 > 大号_d和大号 > 大号_NL。我们可以得出结论，当纤维长度大号较长或相当于大号_d和大号_NL，色散和非线性主导作为沿光纤的传播脉冲。

3.1.3。增益和整个光传输系统的输出功率

表1呈现的输出功率和所述光网络的每个信道的，而不EDFA和FBG的增益。可以看出，输出功率和增益的值逐渐增加为波长增加。输出功率的表达被简化为 哪里P_SP处于功率信号ž+。增益可以通过这种关系来决定

3.2。与EDFA和光纤光栅的新方法的输出读数

在本节中，我们研究呈现于图的光学系统1。如可从图中可以看出，两个新的另外的组分（FBG和EDFA）已经被集成在设计以增强色散，衰减现象和非线性效应，如FWM方面的响应。的光传输系统已被详细研究，并且所有参数影响考虑在内，以获得有效的结果。这种新的模型和类似一个没有FBG和EDFA的比较结果将在LD，LNL，输出信号的幅度，增益和输出功率方面来呈现向后。

最初，该分散体的长度和非线性长度进行了研究。在图8中，我们提出的非线性长度的变化的波长处的不同的值。结果证明，与FBG和EDFA报价高的系统大号_NL值具有相同的一个没有这两种成分的比较。基于这些结果，我们可以得出结论，FBG和EDFA的图中的通信设计的实现1可以肯定显著降低非线性效应。

数字9presents the chromatic dispersion compensation effects of the proposed model, and it can be observed that the developed method offers better performance as the length of dispersion without FBG and EDFA is much lower compared to when FBG and EDFA are used (almost 500 km).When fiber length大号是这样的：大号 << 大号_NL和大号 << 大号_d，既不分散也不非线性效应发挥脉冲传播过程中显著的作用。

3.2.1。输出信号幅度

所提出的方法的不和与FBG和EDFA对于不同的光纤长度值的输出信号幅度在图中示出10。可以清楚地看出，使用所提出的方法提供了更好的输出信号幅度为长的光纤长度的值。

To demonstrate the efficiency of the new developed method, the simulation results of the developed model have been compared with (11 s). The result comparison considers the same initial settings: the fiber length at 50 km and the input power is 1 mW.

数字11示出了在光纤长度的依赖性输出信号振幅的极大值的比较结果，可以明显地观察到，我们提出的模型提供了纤维长度的所有值更好振幅，这证明了开发的光学网络的效率，以减少非线性效应和在WDM光传输系统中补偿色散。

3.2.2。反射谱的16个倍光学通道WDM

要获得开发的模型的优化反射光谱，该耦合模式理论（CMT）和TMM被应用。为了这个目的，一个新的代码已经发展到分别确定的反射率峰值，SSL和各波长的FWHM。

在光传输系统及其相关的光网络采用WDM技术的影响光学系统的性能。然而，可以清楚地从图发现12和13的是，在所提出的模型中，16级发送的波长保持高反射率具有低旁瓣电平，缩小FWHM，这进一步表明了该模型的有效性[11]。

表2表示输出读数中的波长的不同的值的结果。可以明显地观察到，高反射率水平，高效的旁瓣抑制，和小FWHM已经在这项研究中得到实现。

3.2.3。输出功率和增益为16个倍光学通道WDM

光传输系统设计的第二部分通过SMF-FBG与FBG-EDFA形成。反射率峰值的波长对应示于表3。

数字14代表与FBG和EDFA，没有FBG和EDFA开发的模型的输出功率。可以观察到，发达国家法FBG和EDFA提供更好的输出功率，高性能的全波长。

数字15显示了FBG和EDFA和无FBG和EDFA开发的模型的增益，基于不同波长的行为。结果证明，与FBG和EDFA相比，无FBG和EDFA开发的模型，我们获得更好的收益。它也可以注意到，所提出的方法与FBG和EDFA的增益保持在六个波长几乎相等，这可以被认为是我们的发达光网络的增值[3]。

4。结论

在本文中，与引进的FBG和EDFA的新的光网络模型已经发展到确定光传输网络的增益，并研究16个信道的光传输系统的非线性和色散参数的方面的性能。涂敷了用于数值模拟的SSFM法求解非线性薛定谔方程以降低线性和非线性效应。CMT和TMM也适用于获得优化的反射光谱具有高反射率，小FWHM，以及高效的旁瓣抑制。为了解决补偿色散的挑战并降低非线性效应，一种简单的技术已被应用;这种技术包括在连接所述FBG和EDFA来处理所述输出功率和所述光传输系统的增益。仿真结果表明，该方法的结果与其他作品，这进一步说明了发达国家技术的效率比较提供更好的响应。

数据可用性

这项工作没有得到具体的资助，但随着就业作者的一部分进行。雇主阿卜杜勒 - Essaâdi，得土安，摩洛哥的大学。在SIG-实验室可以在此电子邮件地址联系：yassin.chkouri@gmail.com。

利益冲突

作者宣称，有兴趣就本文发表任何冲突。

参考

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