現(xiàn)代互聯(lián)世界是圍繞單模光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的。如今,單模光纖帶寬已經(jīng)接近了香農(nóng)定理的極限,即今天的單模光纖系統(tǒng)將無法滿足日益增長的需求,而解決這種帶寬危機的一個有效方案就是采多模光纖。首先,對于多模光纖而言,由于模式間的非線性作用比較復雜,所以對其的數(shù)值模擬非常具有挑戰(zhàn)性�；诖�,本論文針對多模光纖非線性信號的傳播效果,數(shù)值精度求解做出仿真實驗。其次,傳統(tǒng)的光纖系統(tǒng)都是在CPU上進行仿真計算,效率非常低下,本論文針對此部分,設(shè)計了基于GPU的計算,加快了多模光纖傳統(tǒng)系統(tǒng)的仿真過程。本次論文工作的主要內(nèi)容有:（1）將相互繪景作用中的四階龍格庫塔法（RK4IP）應(yīng)用于多模光纖的非線性薛定諤方程的數(shù)值解析,并基于此算法,仿真了光脈沖在光纖中的傳輸。（2）在計算性能方面,為了更好的表現(xiàn)出RK4IP的效果,結(jié)合了通用的SSFM-RK4數(shù)值算法,仿真出兩者在步長和精度的效果圖。確定了RK4IP在精度計算上的優(yōu)勢。在分析誤差精度時,提出了三種求解多模光纖非線性傳輸方程的誤差估計準則-max,sum,ave準則。結(jié)果表明三種準則下的曲線圖均滿足算法精度要求。（3）采用CUDA編程模型,基于GPU進行加速計算。... 

【文章來源】：北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

一l多模光纖結(jié)構(gòu)116]

１）、ＬＰ０２（模式２）、ＬＰ０３（模式３）。每個模式中的脈沖由于群速度色散而展寬，并??且每個模式中的脈沖在時間上遠離基本ＬＰ０１模式中的脈沖。??多模光纖的本征模是一組正交電磁場模式（圖２－丨）。每種模式都有不同的傳??播常數(shù)，傳播常數(shù)的大小決定了該模式下電磁場的相速度。當然也有可能存在準??退化模式的組，例如ＬＰｌｌａ和ＬＰｌｌｂ，它們的傳播常數(shù)非常接近，幾乎相等。在??考慮模式間如何相互作用時，可以參考單個模式《＜＃。在大多數(shù)光纖中，最大和??最小折射率之間的差異很小，因此光纖的本征模沿著與光纖軸（ｚ）正交的軸（ｘ，ｙ）偏??振。在這種情況下，通常將光纖的模式寫為“線性偏振”?ＬＰ模式，它可以被視為??具有兩個偏振之一的準標量場。??１５??

?（３－２３）??ｒ?ｒ，??式中，廠士是兩個可調(diào)參數(shù)。當ｒ，?＝１２．２ｆｓ，?ｒ２?＝３２ｆｓ時，為圖３－２中點??線所示。??３．３．２多模光纖中線性傳播的仿真??仿真高斯脈沖在漸變折射率多模光纖中的傳輸，設(shè)置纖芯半徑為２５ｕｍ，纖芯??包層折射率差為０．０１３７，中心波長１５５０ｎｍ，利用Ｓｅｌｌｍｅｙｅｒ公式計算光纖折射率分??布。本次仿真實驗采用的多模光纖折射率分布如圖３－３所示，曲線呈現(xiàn)出拋物線形??狀。??１．４６??．???１．４５５?－??／?＼??東?１．４５?－?／?＼?．??１?４４５?；?／?＼?；??１．４４??＇???－５０?０?５０??纖芯半徑／ｕｍ??圖３－３漸變型多模光纖折射率分布??Ｆｉｇｕｒｅ?３－３?Ｇｒａｄｉｅｎｔ?ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ?ｆｉｂｅｒ?ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??２９??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]GPU并行計算分析[J]. 張澳博.  數(shù)字通信世界. 2017(09)
[2]用于大容量光傳輸系統(tǒng)的新型光纖[J]. 李明軍,陳皓.  電信科學. 2014(06)
[3]耦合廣義非線性薛定諤方程的相互作用表象龍格庫塔算法及其誤差分析[J]. 李磐,時雷,毛慶和.  物理學報. 2013(15)
[4]光纖通信系統(tǒng)中的非線性效應(yīng)研究[J]. 王振寶,吳勇,王平,馮剛,閆燕,張磊,陳紹武.  光通信研究. 2011(03)
[5]基于分步傅里葉變換法對非線性薛定諤方程的數(shù)值仿真[J]. 李瑩,崔慶豐.  長春理工大學學報(自然科學版). 2011(01)
[6]光纖中飛秒光孤子脈沖傳輸?shù)母唠A因素分析[J]. 謝小平,趙尚弘,王賢華,陳國夫.  光子學報. 2002(04)



本文編號：3117566