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光纤的非线性光学效应及其对光纤通信的影响

摘要：随着科学技术的发展，人们对物质和文化生活的要求不断提高，导致待传输的信息量（语音、图像、视频和数据等）爆炸式增长，光纤通信已成为大容量现代传输网的基本组成形式。近些年由于掺钳光纤放大器（EDFA）的实用化，在信号的传输过程中，光纤的损耗对系统影响已不再是主要因素了，而光纤的非线性光学效应确引起人们的极大关注。特别是在密集波分复用（DWDM）系统中，随着光纤中信道数量的增多，进入光纤的光功率将随之加大，光纤的非线性光学效应将成为影响系统性能的主要因素。本文介绍了光纤中常见的几种非线性光学效应及其对光纤通信的影响。

关键词：非线性光学效应受激散射效应非线性折射率效应交叉相位调制

Abstract:Withthedevelopmentofscienceandtechnology,peoplesmaterialandculturallifeiseverincreasing,causetheamountofinformationtobetransmitted（voice,image,videoanddata,etc.）explosivegrowth,large-capacityopticalfibercommunicationhasbecomeabasicmoderncommunicationnetworkcompositionform.InrecentyearsbecauseofEDFApractical,intheprocessofsignaltransmissionfiberlossimpactonthesystemisnolongeramajorfactor,whilethenonlinearopticaleffectindeedcauseforconcern.EspeciallyinDWDMsystems,withtheincreaseinthenumberofchannelsinopticalfibers,Theopticalpowerintothefiberincreases,nonlinearopticaleffectwillbecomeamajorfactoraffectingsystemperformance.ThisarticledescribesseveralcommonopticalfibernonlineareffectsandtheirimpactontheopticalfibercommunicationKeywords:nonlinearopticaleffects；stimulatedscatteringeffects；nonlinearrefractiveindexeffects；cross-phasemodulation

中图分类号：TN24文献标识码：A文章编号：1003-9082(2014)03-0009-03

非线性光学效应是光场与传输介质相互作用时发生的一种物理效应，当光纤中传输的光功率较弱时，光纤呈现为线性系统，其各项特征参量随光场作线性变化，但在高强度的电磁场中，任何电介质(包括光纤)都会表现出非线性特性。

一、光纤的非线性光学效应

光纤的非线性光学效应程度不仅与光强有关，还和光信号与传输介质之间相互作用的距离有关。自EDFA实用化之后，耦合到光纤中的光功率可达到+17dBm以上，虽然Si02本身并不是强的非线性材料，但作为传输波导的光纤，特别是在低损耗的纤细单模光纤芯内，可在较长的传输距离内保持很高的光强度，从而使非线性光学效应的影响不可忽视。光纤的非线性光学效应在DWDM系统、相干光传输系统及模拟传输的大型有线电视

(CATV)干线网中显得更为突出。

非线性极化

光纤作为电介质，与传输光相互作用时，光的电场强度矢量将使介质中的原子或分子发生位移或振动，从而出现了电偶极子而形成极化现象。这些电偶极子将会辐射电磁波而感生出电场，极化所形成的感生电场与原来的外加电场叠加形成介质中的总电场。光波在线性光学系统中传播时，光的叠加性原理及光传输的互不干扰性成立，各个光频分量各自独立地产生自己的极化，总的极化强度矢量是各光频分量的线性叠加，各光频分量不存在相互作用，它们的频率在传输过程中一般也不会改变，介质的特性参数(如介电常数、吸收系数等)与外加光场的强度无关。但当场强达到107V/m时，非线性特性不得不考虑