光纖的非線性一、非線性效應線性介質：非線性介質（強場）：

d：二階非線性系數，對半導體、介質晶體等中的典型值為

三階非線性系數，對半導體、介質晶體等中的典型值為2025/6/1Opticalfibercommunications二階非線性系數d導致產生二次諧波及和頻等一系列非線性效應。但它僅缺乏分子量級反轉對稱的介質才不為0。對對稱分子石英玻璃的d±0，所以光纖通常不表現出二階非線性效應，主要討論其三階非線性效應。A.非線性折射：折射率佼核與光強（彈性效應）總折射率：彈性：自相關調制（SPM:selfphasemodulation）交叉相關調制（XPM:CrossphaseModulation）2025/6/1OpticalfibercommunicationsB、受激非彈性散射：非線性介質有能量交換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由于非線性效應依賴于光強，所以，隨著光場在傳播過程中的衰減爾消失B大系數的非線性效應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，由于光場在整個光纖截面上并不均勻分布，非線性效應在整個光纖的截面上并不是均勻的。B.定義有效面積，在此之內假定光強是常數C.在此以外假定變場為0D.有效截面面積E.對標準SMF

2025/6/1Opticalfibercommunications對色散光杠桿：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度弱因為有設有同基波進行任相

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

2025/6/1Opticalfibercommunications2、典型：C、SPM啁啾1、與強度有關的波失導數負的相移2、該負折射的脈沖中心最大，在脈沖邊緣最小3、瞬時頻率

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

Thetrailingedg藍移脈沖頂部：

紅移2025/6/1Opticalfibercommunications五、CrossphaseModulationXPM

當兩個或每個不同波長的光波在光釬中同時傳播時他們將通過光纖的非線形而相互作用。此時有效折射率不僅與該波的強度有關，也與其他波的強度有關。XPM就是指光纖中某波長的廣場E由同時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稱的展寬假定WDM中信號：2025/6/1Opticalfibercommunications非線性電極化：2025/6/1Opticalfibercommunications1、非線性效應在WDM中產生新的頻率成分2、分量，和與基波沒有實現相位匹配，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的效應是SPM的2倍。2025/6/1Opticalfibercommunications7、實際上通過增大WUM信通的間距來降低XPM8、1—2ps/(km.nm)對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，在標準的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，固體中的光學聲子等元激發與激發光相互作用產生的非線性散色B、由液體或固體的聲學聲子產生的

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

2025/6/1Opticalfibercommunications對簡諧振動平均值：故光強為：七、四波混頻（Four-waveMixing-FWM）假定ＷＵＭ信號2025/6/1Opticalfibercommunications

非線性極化2025/6/1Opticalfibercommunications在０色散時在ＷＤＭ中特別是當信道間隔很小的時候，可能有相當大的信道功率，通過四波混頻過程轉換到新的光場中去，這一轉換一方面直接導致信道功率損耗，另一方面，還會產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對單一信道分光的啁啾3、3個頻率成分結合產生新的（第四個）

4、只有重要（其余沒有實現位相匹配）

2025/6/1Opticalfibercommunications

6、假定約比信號低20dB7、這一程度的Cross-talk是無法忍受的8、實際上由于沒有理想的相位匹配，FWM成分的功率較低。

5、假定相位匹配FWM產生的功率2025/6/1Opticalfibercommunications八、光孤子SolitonsSoliton是在光纖的色散與非線性自相關調制兩種效應的共同體，在一定條件下產生的一種物理現象，兩種作用互相補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在時域是一個一個的相位穩定的脈沖組成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，取：Taylor展開2025/6/1Opticalfibercommunications4、脈沖的形狀是每個頻率成分的合成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指數的分母在±z都增加（3）脈沖有啁啾：e指數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