光纖的非線性一、非線性效應(yīng)線性介質(zhì)：非線性介質(zhì)（強(qiáng)場）：

d：二階非線性系數(shù)，對(duì)半導(dǎo)體、介質(zhì)晶體等中的典型值為

三階非線性系數(shù)，對(duì)半導(dǎo)體、介質(zhì)晶體等中的典型值為2025/6/1Opticalfibercommunications二階非線性系數(shù)d導(dǎo)致產(chǎn)生二次諧波及和頻等一系列非線性效應(yīng)。但它僅缺乏分子量級(jí)反轉(zhuǎn)對(duì)稱的介質(zhì)才不為0。對(duì)對(duì)稱分子石英玻璃的d±0，所以光纖通常不表現(xiàn)出二階非線性效應(yīng)，主要討論其三階非線性效應(yīng)。A.非線性折射：折射率佼核與光強(qiáng)（彈性效應(yīng)）總折射率：彈性：自相關(guān)調(diào)制（SPM:selfphasemodulation）交叉相關(guān)調(diào)制（XPM:CrossphaseModulation）2025/6/1OpticalfibercommunicationsB、受激非彈性散射：非線性介質(zhì)有能量交換1.受激拉曼散射：StimulatedRamanScattering——SRS2.受激布里淵散射：StimulatedBrillouinScattering——SBSC參量過程：四波混頻：FWM-FourWaveMixing2025/6/1Opticalfibercommunications二、有效長度（effectivelength）A由于非線性效應(yīng)依賴于光強(qiáng)，所以，隨著光場在傳播過程中的衰減爾消失B大系數(shù)的非線性效應(yīng)只是在光纖的起始階段比較明顯C為了簡化模型，引入有效長度的概念D有效長度ELE：是脈沖的峰值功率2025/6/1Opticalfibercommunications2025/6/1Opticalfibercommunications三、EffectiveAreaA.相似地，由于光場在整個(gè)光纖截面上并不均勻分布，非線性效應(yīng)在整個(gè)光纖的截面上并不是均勻的。B.定義有效面積，在此之內(nèi)假定光強(qiáng)是常數(shù)C.在此以外假定變場為0D.有效截面面積E.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)SMF

2025/6/1Opticalfibercommunications對(duì)色散光杠桿：2025/6/1Opticalfibercommunications四、Self-PhaseModulationA、單色平面波：B、新的頻率成份似忽略

reason：其頻率在感興趣的頻段以外其強(qiáng)度弱因?yàn)橛性O(shè)有同基波進(jìn)行任相

匹配2025/6/1OpticalfibercommunicationsC、基波另外的分量會(huì)引起頻率的啁啾，并且改變其色散D、忽略3次諧波2025/6/1Opticalfibercommunications2025/6/1Opticalfibercommunications五、基波（SPM:相位是光強(qiáng)的函數(shù)）A、相位B、折射率：1、在石英光線中

2025/6/1Opticalfibercommunications2、典型：C、SPM啁啾1、與強(qiáng)度有關(guān)的波失導(dǎo)數(shù)負(fù)的相移2、該負(fù)折射的脈沖中心最大，在脈沖邊緣最小3、瞬時(shí)頻率

2025/6/1Opticalfibercommunications信號(hào)頻率的瞬間變化：2025/6/1Opticalfibercommunications4、Theleadingedge:

Thetrailingedg藍(lán)移脈沖頂部：

紅移2025/6/1Opticalfibercommunications五、CrossphaseModulationXPM

當(dāng)兩個(gè)或每個(gè)不同波長的光波在光釬中同時(shí)傳播時(shí)他們將通過光纖的非線形而相互作用。此時(shí)有效折射率不僅與該波的強(qiáng)度有關(guān)，也與其他波的強(qiáng)度有關(guān)。XPM就是指光纖中某波長的廣場E由同時(shí)輸出另一波長的光場E2所引出的非線性相移。

XPM—

引起光脈沖的頻譜不對(duì)稱的展寬假定WDM中信號(hào)：2025/6/1Opticalfibercommunications非線性電極化：2025/6/1Opticalfibercommunications1、非線性效應(yīng)在WDM中產(chǎn)生新的頻率成分2、分量，和與基波沒有實(shí)現(xiàn)相位匹配，可忽略。3、分量和是四波混頻4、剩余為SPM和XPM成分5、XPM和SPM的作用相似6、如果E1=E2，XPM的效應(yīng)是SPM的2倍。2025/6/1Opticalfibercommunications7、實(shí)際上通過增大WUM信通的間距來降低XPM8、1—2ps/(km.nm)對(duì)WDM（~100GHz間距）是夠使脈沖各自走開由于其群速不同。9、由于脈沖離散：pulse-walk-off，在標(biāo)準(zhǔn)的SMF中，XMP可忽略10、在色散位移光纖中，脈沖并不“各自走開”，對(duì)稱率超過10Gb/s的光纖，在0色散波長處，XMP變得突出。2025/6/1Opticalfibercommunications六、RamanScatering

A、由分子振動(dòng)，固體中的光學(xué)聲子等元激發(fā)與激發(fā)光相互作用產(chǎn)生的非線性散色B、由液體或固體的聲學(xué)聲子產(chǎn)生的

Raman：頻移量在光學(xué)范圍屬光學(xué)范疇頻移量在聲頻范圍屬聲學(xué)分支2025/6/1Opticalfibercommunications光強(qiáng)：通常說光的強(qiáng)度（光強(qiáng)），是指單位面積上的平均光功率或者光的平均能流密度。作為電磁波這應(yīng)由poyntingvector確定，因電磁波中且。poyntingvector的瞬時(shí)值為：在光頻波段所有磁化機(jī)制都不起作用光學(xué)折射率：

2025/6/1Opticalfibercommunications對(duì)簡諧振動(dòng)平均值：故光強(qiáng)為：七、四波混頻（Four-waveMixing-FWM）假定ＷＵＭ信號(hào)2025/6/1Opticalfibercommunications

非線性極化2025/6/1Opticalfibercommunications在０色散時(shí)在ＷＤＭ中特別是當(dāng)信道間隔很小的時(shí)候，可能有相當(dāng)大的信道功率，通過四波混頻過程轉(zhuǎn)換到新的光場中去，這一轉(zhuǎn)換一方面直接導(dǎo)致信道功率損耗，另一方面，還會(huì)產(chǎn)生串話引起信道間干擾。Effects

of

FWM１、ＦＷＭ與ＣＰＭ和ＳＭ根本上不同２、ＣＭＰ和ＳＭＰ對(duì)單一信道分光的啁啾3、3個(gè)頻率成分結(jié)合產(chǎn)生新的（第四個(gè)）

4、只有重要（其余沒有實(shí)現(xiàn)位相匹配）

2025/6/1Opticalfibercommunications

6、假定約比信號(hào)低20dB7、這一程度的Cross-talk是無法忍受的8、實(shí)際上由于沒有理想的相位匹配，F(xiàn)WM成分的功率較低。

5、假定相位匹配FWM產(chǎn)生的功率2025/6/1Opticalfibercommunications八、光孤子SolitonsSoliton是在光纖的色散與非線性自相關(guān)調(diào)制兩種效應(yīng)的共同體，在一定條件下產(chǎn)生的一種物理現(xiàn)象，兩種作用互相補(bǔ)償而使光脈沖形狀在傳輸過程中不變及色散。A、色散2025/6/1Opticalfibercommunications1、Gaussianpulse

是GaussianPulses的橫向分布代表脈沖的色散光的快速振動(dòng)在時(shí)域是一個(gè)一個(gè)的相位穩(wěn)定的脈沖組成2025/6/1Opticalfibercommunications

2、FourierTransformofGaussianPulses2025/6/1OpticalfibercommunicationsG.P.可以看成是平面波的合成2025/6/1Opticalfibercommunications3、縱向波矢的頻率色散中心頻率一般縱向波矢是波長的函數(shù)，?。篢aylor展開2025/6/1Opticalfibercommunications4、脈沖的形狀是每個(gè)頻率成分的合成2025/6/1Opticalfibercommunications5、脈沖傳播Afterpropagation2025/6/1OpticalfibercommunicationsBooviginalPulse（1）脈沖位移：從Z=0到Z速度t=2/vg（2）脈沖展寬：e指數(shù)的分母在±z都增加（3）脈沖有啁啾：e指數(shù)的分子表明脈沖與頻率成分的位相不再一致2025/6/1Opticalfibercommunications

6、脈沖展寬

定義：Gausstanpulse的F