光孤子脉冲碰撞特性计算程序
所属技术领域
本发明涉及光孤子脉冲碰撞特性计算程序，属于光纤通信技术领域。
背景技术
双折射光纤中的孤子碰撞具有科学上的重要性，在光逻辑器件和偏振复用系统中的具有重要的实用价值，引起了科技工作者的广泛兴趣。两个偏振孤子的初始间隔可以根据根据实际应用灵活设置。在光逻辑器件中，一个偏振态孤子作为数据信号，另一个偏振态孤子作为控制信号，其初始时间间隔可以不同；在输入端，通过调节控制信号孤子和数据信号孤子的时间间隔、啁啾等来控制两孤子是否处于束缚态，使其产生不同的时间延迟；在输出端可以通过设置相应的延迟来接收或不接收数据信号。在偏振复用孤子通信系统中两个偏振态的比特流是各自独立的，在时域上相互交错，相对初始时间间隔可长可短。孤子束缚态可导致系统更高的通信比特率。孤子碰撞特性研究对于光逻辑器件和偏振复用系统优化及该领域的深入研究非常重要，然而，通常情况下难于解析研究，这严重限制和阻碍了相应学科的发展。
发明内容
本发明针对上述问题，在Windows操作系统的MATLAB环境中设计和撰写了光孤子脉冲碰撞特性计算程序，解决了光逻辑器件和偏振复用系统设计与优化过程中孤子碰撞特性难于解析研究问题。本发明提出的计算程序简洁易懂，操作方便，功能强大，计算速度快，作图简便，实用性强，可根据实际情况修改相关参数进行各种情况下的研究，为光逻辑器件和偏振复用系统设计与优化及该领域的深入研究提供了有力支持，将推动本学科的快速发展。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
为了方便研究光逻辑器件和偏振复用系统的相关问题，本发明引入耦合方程
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式中，u和v分别是正交偏振孤子脉冲的归一化慢变包络电场；归一化时间τ＝(t-β1)/T0，归一化到脉冲的半宽度T0，
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与脉冲的平均速度成反比；δ＝(β1x-β1y)T0/2|β2|，反映了两个脉冲的速度失配；δ＞0时，u和v分别是慢孤子和快孤子；0≤B≤1是交叉相位调制系数；B＝0时，方程(1)简化为非耦合的非线性薛定谔方程[33]；B＝1时，方程(1)简化为具有解析解的Manakov方程；B＝2/3时对应线性双折射情况，方程(1)不能解析求解。本发明采用分步傅里叶方法，根据方程(1)设计和撰写了光孤子脉冲碰撞特性计算程序，可方便研究光孤子的碰撞特性。
本发明的有益效果是：本发明提出的计算程序解决了光逻辑器件和偏振复用系统设计与优化过程中孤子碰撞特性难于解析研究问题。程序简洁易懂，操作方便，功能强大，计算速度快，作图简便，实用性强，可根据实际情况修改相关参数进行各种情况下的研究，为光逻辑器件和偏振复用系统设计与优化及该领域的深入研究提供了有力支持，将推动本学科的快速发展。
具体实施方式
本发明提供的计算程序，可通过调整不同参数(如输入脉冲的幅值、脉冲时域宽度、初始时域间隔、初始啁啾C、计算所用时域窗口大小、采样点数，不同光纤参量、传输距离)，计算正交偏振光孤子脉冲在各种情况下的碰撞特性。两个正交偏振的输入孤子脉冲分别是
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和
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(2)式中，A是脉冲幅度，C是线性啁啾参量，2τ0两孤子时间间隔。根据分步傅里叶算法，当脉冲从ξ传输到ξ+h(微小距离h)时，散效应和非线性效应可以分别单独计算，使脉冲在光纤中的传输问题变得简单。为了减小边缘效应，可设置较大的时域计算窗口τ＝(-80，80)和较大的采样点数512，也可根据实际情况进行修改。
利用该计算程序，通过计算孤子混合参量
<math><mrow><mi>m</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ξ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msubsup><mo>∫</mo><mrow><mo>-</mo><mo>∞</mo></mrow><mrow><mo>+</mo><mo>∞</mo></mrow></msubsup><mo>|</mo><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ξ</mi><mo>,</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><mi>v</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ξ</mi><mo>,</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mi>dτ</mi></mrow><mrow><msubsup><mo>∫</mo><mrow><mo>-</mo><mo>∞</mo></mrow><mrow><mo>+</mo><mo>∞</mo></mrow></msubsup><msup><mrow><mo>|</mo><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>ξ</mi><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mi>τ</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mi>dτ</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow></math>
可以研充孤子碰撞过程中两孤子的混合程度，以确定两孤子是否相互捕获形成孤子束缚态。
利用该计算程序，通过计算两孤子时间间隔
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随传输距离的变化，可以研究两正交偏振孤子在传输过程中是相互束缚在一起还是两孤子相互分离，并可研究啁啾的影响。
利用该计算程序，通过计算
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和
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可以研究啁啾孤子频率质心ωcentu(ξ)和ωcentv(ξ)随传输距离的变化规律。
利用该计算程序，还可以研究啁啾对时域半峰全宽变化的影响、啁啾对时域波形演化的影响。
总之，本发明提供了光孤子脉冲碰撞特性计算程序，可通过调整不同参数计算各种情况下的光孤子脉冲碰撞特性，解决了该领域中难于解析研究的难题。我们应用该程序已经部分研究了光孤子脉冲碰撞特性，取得了部分研究成果并发表在相关重要刊物上。可见，本发明为光纤通信系统和相应关键器件(如光孤子开关等光逻辑器件)优化及该领域
的深入研究提供了有力支持，将推动本学科的快速发展。
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