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光信号通过光纤时会不断损失能量,损失的能量会加热光纤,损失能量的涨落引起光纤温度和体积的涨落,从而引起光纤折射率的涨落最终导致热折射噪声。
光孤子(soliton)就是能在光纤中传播时保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。
光孤子存储环是带有各种保证光孤子稳定运行的光学器件的封闭光纤环。光孤子存储环是光孤子发生器,可以用来测量光孤子长距离的运行。近来,也被提出用于弱信号检测。
近年来,光孤子存储环作为一个基本的探测器来测量引力红移,它通过记录光孤子运行时间的差异,即光孤子存储环中光孤子群延迟的差别来测量引力红移。光孤子存储环也被提出应用在引力波探测上。引力红移和引力波都是非常微弱的信号,它们的测量更容易受到外界扰动的影响。因此,人们需要仔细分析探测器中各种不同的扰动包括那些微弱的噪声,热折射噪声就是这样一种微弱的噪声。当光高斯脉冲串在无限长直光纤中等间距运行时,脉冲功率耗散使光纤温度上升,引起光纤折射率发生变化,结果产生热折射噪声,它通过附加的相延迟或群延迟来影响光信号的的传输。
当利用光孤子运行进行精密测量时,热折射噪声会影响光孤子运行。这种影响可以由研究高斯脉冲运行给出。
在光脉冲传输过程中,脉冲功率决定了热传导过程,而脉冲形状对热传导影响较小。本文研究脉冲串引起的热折射噪声的上限时,可以用高斯脉冲串来近似光孤子串。
尽管由于色散,高斯脉冲在传播过程将展宽。在本文的近似中,为模拟光孤子传输,可以忽略色散的影响。
本文主要分为以下几个部分:
一.光孤子存储环探测弱信号;
二.热折射噪声;
三.光纤的一维热传导方程及其解;
四.光纤的三维热传导方程及其解。
当高斯脉冲串在光纤中运行时,对于一个任意源,本文对这一热力学过程分别建立了一维和三维热传导方程。通过严格的理论分析和详细的计算,本文给出了由于脉冲功率涨落引起的光纤温度均方涨落的上限,并确定了总运行时间的上限和脉冲串比特率的关系,这个结果对其他类型的光脉冲串也成立。通过这个关系,人们可以根据运行时间的变化和测量装置灵敏度的要求来选择合适的脉冲串的比特率,从而对设计使用光孤子存储环之类的脉冲串的装置提供帮助。