非线性薛定谔方程(NLSE)是光通信领域中常用的传输方程,广泛应用于光纤通信系统的仿真研究。由于NLSE的复杂性,通常情况下无法求出解析解,需要利用数值计算的方法对其进行研究,其中分步傅立叶算法是应用较为广泛的一种算法。 利用分步傅立叶算法进行光纤通信系统仿真的过程中,需要恰当选择时间窗口和步长。在某些脉冲能量扩散较快的情况下,初始时间窗口过小会导致脉冲能量快速扩散到窗口边缘,从而导致数值仿真结果出现失真。另一方面,在传统的固定步长算法中,为获得较高的计算精度常常需要较小的步长,但这不利于提高算法的效率。而在四波混频功率估计过程中,不恰当的步长选择可能会引起伪四波混频串扰现象。 本文对分步傅立叶算法进行了改进,改进后的算法通过对脉冲能量的监控,实现了时间窗口的自适应控制,当脉冲将要扩散到窗口边缘时算法可以自动扩展时间窗口以避免仿真结果的失真。而在步长的选择上,采用相对误差步长控制算法对分步傅立叶算法进行了改进,从而在保证精度的前提下大大提高了计算效率。 在单信道光纤通信系统仿真模型分析中,将改进后的算法应用于色散展宽模型、二阶色散模型和孤子对传输模型等系统仿真模型中,可以获得准确的数值仿真结果并大大提高仿真效率。在多信道仿真模型中,本文采用自适应时间窗口控制算法对XPM效应进行了准确分析。另一方面,针对由于步长选择不合理而导致的伪四波混频串扰现象,本文分析并对比了固定步长算法、对数步长算法和修正的固定步长算法三种步长分布算法的可靠性和计算效率。