11、相干光系统中非线性效应的影响及缓解策略

相干光系统中非线性效应的影响及缓解策略

在光通信系统中，为避免克尔非线性效应，光纤发射功率存在上限。为克服这一限制，人们开发了多种有效技术来最小化这些影响，并利用数字信号处理（DSP）技术补偿非线性效应。本文将介绍几种主要的非线性补偿技术，包括数字反向传播（DBP）算法、耦合非线性薛定谔方程和基于沃尔泰拉的非线性补偿。

不同非线性传播模型比较

在深入探讨补偿技术之前，先了解一下不同的非线性传播模型。以下是几种常见模型的比较：
| 模型 | 调制格式 | NLI 累积 | 复杂度 |
| — | — | — | — |
| GN | – | – | 低 |
| IGN | – | 线性 | 非常低 |
| EGN | 考虑 | – | 高 |
| I - EGN | 考虑 | 线性 | 中高 |

数字反向传播（DBP）算法

非线性薛定谔方程（NLSE）描述了波在非线性介质中的传播。考虑单模光纤且忽略偏振效应和高阶非线性项（如非弹性色散效应）时，NLSE 可以用以下微分方程表示：
[
\frac{\partial E(z, t)}{\partial z} = -\frac{\alpha}{2} E(z, t) \quad (\text{衰减}) - j\frac{\beta_2}{2} \frac{\partial^2 E(z, t)}{\partial t^2} \quad (\text{色散}) + j\gamma |E(z, t)|^2 E(z, t) \quad (\text{克尔非线性})
]
其中，(E(z,t)) 是缓慢变化的复场包络，(\alph