Применения уравнения Шрёдингера для моделирования WDM систем

В современном мире практически каждый человек использует технологии моделирования систем передачи данных, зачастую даже не подозревая об этом. Интернет, цифровое телевидение, сети передачи данных напрямую связаны с использованием таких технологий. Наибольшее распространение на сегодняшний день получили мультисервисные сети NGN (new generation networks) — сети нового поколения. Это универсальная многоцелевая среда, предназначенная для передачи на дальние расстояния цифровой информации: изображения, видео и другие данные с помощью технологии коммутации пакетов (IP).

---

Если вам необходимо заказать написание курсовой работы по рекламе и PR. Обращайтесь в нашу компанию. Work5 уже более 15 лет помогаем студентам с написанием курсовых работ!

---

Основной задачей таких сетей является обеспечение транспортировки различного рода и давности телесистем и информационных приложений в единой среде. Мультисервисная сеть на сегодняшний день служит нам для обеспечения следующих потребностей: - многоканальное ТВ; - системы видеонаблюдения; - высокоскоростной интернет; - передачи данных в сетях Ethernet; - автоматизация систем учета для служб ЖКХ. К основным элементам таких сетей можно отнести следующие аппаратно-программные средства: - программные коммутаторы (Softswitch); - медиашлюзы (MGW). На основе технологии спектрального уплотнения каналов WDM, которые, на сегодняшний день, получили заметное распространение в России, построена большая часть магистральных мультисервисных сетей. Данный диплом максимально подробно раскрывает информацию о таких системах, а также о технологиях их моделирования и применения в их основе уравнения Шредингера. Актуальность темы диплома обусловлена тем, что технология WDM – это наиболее современная технология передачи данных. Цель данной работы заключается в систематизации, закреплении и расширении теоретических и практических знаний, полученных в ходе освоения основной образовательной программы «Оптические Мультисервисные сети». Задачами диплома являются: - раскрыть общие сведения о моделировании WDM систем; - изучить применения уравнения Шрёдингера для моделирования WDM систем; - проанализировать результаты выполненной работы. Объект исследования состоит в моделировании WDM систем. Предметом исследования являются применения уравнения Шрёдингера для моделирования таких систем. Методы исследования, использованные в данной работе, являются эмпирическими: - теоретический анализ литературных источников; - сравнение; - анализ продуктов научной деятельности. Степень разработанности соответствует уровню дипломной работы. Теоретическая значимость данной темы заключается в раскрытии информации о WDM системах и применения уравнения Шредингера в их моделировании. Практическая значимость дипломной работы обосновывается применением полученных знаний и навыков на практике, в производственном процессе. Научная новизна подчеркивается инновационными характеристиками технологии WDM. Структура диплома состоит из введения, двух разделов, заключения, списка использованных источников из 15 документов и перечня принятых обозначений и сокращений. Пояснительная записка состоит из 50 листов формата А4, в нее входит восемь рисунков.

Распространение света в оптических волокнах происходит благодаря явлению полного внутреннего отражения. Первые стеклянные волокна без оболочки были изготовлены в 20-х годах нашего столетия, однако, интенсивное развитие волоконной оптики произошло только в 50-е годы, когда использование оболочечного слоя привело к значительному улучшению характеристик световодов. Изобретение лазеров решило проблему когерентных оптических источников. Одновременное наличие сосредоточенных источников света и оптических световодов с низким уровнем потерь способствовало широкому применению волоконно-оптических линий связи. Применение оптической коммуникации возможно в любой области, которая требует передачу информации из одного места в другое. В последнее время оптические коммуникационные системы становятся одним из основных средств передачи информации. В качестве бита передаваемой информации в современных оптоволоконных системах используются, так называемые, солитоны с дисперсионным управлением (ДУ-солитоны). Здесь под солитоном подразумевается устойчивое локализованное решение, а не традиционный (фундаментальный) солитон из теории полностью интегрируемых систем. При распространении солитонов в оптоволоконной линии эффекты нелинейности и хроматической дисперсии уравновешивают друг друга, поэтому такие импульсы хорошо подходят для передачи информации на дальние расстояния. С развитием телекоммуникационных технологий, таких как, например, многоядерные оптические волокна возникла потребность в численном решении нового класса систем связанных нелинейных уравнений Шредингера. Предложенная модификация широко известного метода Фурье расщепления по физическим процессам позволяет эффективно применять этот метод для численного решения системы НУШ с линейными связями между переменными. Матричная экспонента, естественным образом возникающая при обобщении метода Фурье на такие системы уравнений, может быть найдена с помощью численной аппроксимации Паде. В работе показана высокая точность предложенного численного алгоритма и показана возможность его эффективного распараллеливания. С помощью метода расщепления по физическим процессам решаются основные уравнения нелинейного распространения оптических сигналов в многомодовых волокнах, а применение алгоритма БПФ делает решение отдельных уравнений еще более быстрым, поэтому данный метод превосходит большинство других с точки зрения скорости вычислений. В то же время применения уравнения Шредингера имеют ряд ограничений, таких как: - оно не может объяснить спонтанного излучения, так как волновая функция возбуждённого состояния является точным решением зависящего от времени уравнения Шрёдингера; - оно не может описывать процесс измерения в квантовой механике, поскольку оно линейно, детерминистично и обратимо во времени, а процесс измерения нелинеен, стохастичен и необратим во времени; - оно не может описывать процессы взаимных превращений элементарных частиц, которые описывает релятивистская квантовая теория поля. Основной изучаемой проблемой в наши дни, является разработка упрощенных моделей, позволяющих проводить аналитические и численные исследования эволюции и взаимодействия оптических импульсов в системах с периодически меняющимися коэффициентами, такими как: - дисперсии; - затухания/усиления; - нелинейности. Данная работа позволяет понять, что в микромире наши обыденные интуитивные представления о том, какие формы может принимать материя и как она себя может вести, просто неприменимы. Сам факт использования волнового уравнения для описания движения того, что привыкли считать частицами, яркое тому доказательство. Ведь нет никаких веских оснований полагать, будто то, что мы наблюдаем в макромире, должно с точностью воспроизводиться на уровне микромира. Тем не менее, дуальная природа элементарных частиц остается одним из самых непонятных и тревожащих аспектов современных научных деятелей. Данные вопросы подчеркивают актуальность темы дипломной работы, ведь процесс изучения систем ВОЛС не стоит на месте, а продолжает развиваться. Таким образом, цели и задачи дипломной работы достигнуты, информация о WDM системах раскрыта, а также рассмотрены основные схемы применения уравнения Шредингера в моделировании таких систем.

1. Као К.С., Хокхэм Г.А. «Поверхностные волноводы из диэлектрических волокон для оптических частот». 2. Цянь Д., Хуан М., Ип Э., Хуан Ю., Шао Ю., Ху Дж., Ван Т. «Передача 128QAM-OFDM на SSMF 3×55 км с использованием подавления фазового шума на основе пилот-сигнала // Конференция и выставка оптоволоконной связи и Национальная конференция инженеров по оптоволокну (OFC/NFOEC)». 3. Чжоу X., Нельсон Л.Е., Исаак Р., Мэджилл П.Д., Чж Б., Борель П., Карлсон К., Пекхэм Д.В. «Передача сигналов QPSK-8QAM во временной области с интервалом 12 000км с интервалом 100ГГц, 8495Гбит/с PDM // Конференция и выставка по оптоволоконной связи и Национальная конференция инженеров по оптоволокну (OFC/NFOEC)». 4. Винзер П.Дж., Эссиамбре Р.-Дж. «Усовершенствованные форматы оптической модуляции». 5. Винзер П.Дж., Фоскини Г.Дж. «Расчеты простоев для пространственно мультиплексированных волоконно-оптических каналов // Конференция и выставка по оптоволоконной связи и Национальная конференция инженеров по оптоволокну (OFC/NFOEC)». 6. Риф Р., Рэндел С., Гнаук А.Х., Болле К., Эссиамбре Р., Винзер П.Дж., Пекхэм Д.У., МакКарди А., Лингл Р. «Мультиплексирование космических дивизионов на 10 км трехмодового волокна с использованием когерентной обработки MIMO 6×6 // Конференция и выставка по оптоволоконной связи и Национальная конференция инженеров по оптоволокну (OFC/NFOEC)». 7. Ип Э., Ненг Б., Юэ-Кай Х., Матео Э., Яман Ф., Мин-Джун Л., Бикхэм С., Тен С., Линарес Дж., Монтеро К., Морено В., Прието X., Цзе В., Кит Ман К., Лау А., Хва-яу Т., Чао Л., Яньхуа Л., Ганг-Дин П., Гуйфан Л. «WDM-передача на 50 км по трехмодовому волокну с встроенным маломодовым оптоволоконным усилителем //37-я Европейская конференция и выставка по оптической связи (ECOC)». 8. Чжу Б., Таунай Т.Ф., Фиштейн М., Лю Х., Чандрасекар С., Ян М.Ф., Фини Дж.М., Монберг Э.М., Димарчелло Ф.В. «Мультиплексированная DWDM-передача со скоростью 112 Тбит/с и совокупной спектральной эффективностью 14бит/с/Гц по семижильному оптоволокну длиной 76,8км». 9. Сакагучи Дж., Патнэм Б.Дж., Клаус В., Авадзи Ю., Вада Н., Канно А., Каваниши Т., Имамура К., Инаба Х., Мукаса К., Сугизаки Р., Кобаяши Т., Ватанабэ М. «Мультиплексная передача с пространственным разделением каналов со скоростью 305Тбит/с с использованием однородного 19-жильного волокна». 10. Мумтаз С., Эссиамбре Р., Агравал Г.П. «Нелинейное распространение в многомодовых и многосердцевинных волокнах: обобщение уравнений Манакова». 11. Мекоцци А., Антонелли К., Штаиф М. «Нелинейное распространение в многомодовых волокнах в режиме сильной связи //Оптический экспресс». 12. Федорук М.П., Паасонен В.И. «Компактная диссипативная схема для нелинейного уравнения Шрёдингера //Вычислительные Технологии». 13. Таха Т., Абловиц М. «Аналитические и численные аспекты некоторых нелинейных эволюционных уравнений. Численное нелинейное уравнение Шредингера // Журнал вычислительной физики». Том. 55. 14. Радемахер Г., Уорм С., Петерманн К. «Нелинейное взаимодействие в дифференциальных системах мультиплексной передачи с управляемой задержкой и разделением режимов // Оптический экспресс». 15. Агравал Г.П. «Нелинейная волоконная оптика».