光纖拉曼放大器的計(jì)算機(jī)仿真與研究.pdf

1、隨著人們對通信速率和通信容量需求的不斷增長，光纖通信技術(shù)得到了長足的發(fā)展，密集波分復(fù)用技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。作為光纖通信系統(tǒng)中重要組成部分的光放大器也需要新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。目前技術(shù)比較成熟的EDFA已經(jīng)逐漸達(dá)到其性能的上限，不能滿足大容量、寬帶、超長距離傳輸系統(tǒng)的要求。光纖拉曼放大器具有優(yōu)越的低噪聲性能和寬帶增益，可以解決光網(wǎng)絡(luò)的傳輸損耗問題，提高光網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量，并且有助于更加充分合理的利用帶寬資源，因而成為目前光通信中的一個(gè)研究熱

2、點(diǎn)。 本文首先簡要概述了光纖通信和光放大器的發(fā)展現(xiàn)狀，比較了半導(dǎo)體光放大器、稀土摻雜光纖放大器和非線性光纖放大器的特點(diǎn)及應(yīng)用，介紹了光纖拉曼放大器的發(fā)展歷史和應(yīng)用前景。然后研究了拉曼放大器的基本原理、結(jié)構(gòu)、泵浦特性和噪聲特性以及對系統(tǒng)性能的改善。 本文的主要工作是研究多泵浦光纖拉曼放大器的數(shù)學(xué)模型、數(shù)值算法、增益特性及優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題。 多泵浦、多信道的拉曼放大器仿真模型是比較復(fù)雜的，由包含多泵浦、多信道、放大器自

3、發(fā)輻射、后向瑞利散射傳輸演化以及相互作用的拉曼功率耦合方程來描述。本文在考慮了泵浦光到信號光之間、泵浦光之間、信號光之間的拉曼增益過程的前提下，對已有的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡化，并驗(yàn)證了其合理性。 拉曼功率耦合方程是一個(gè)兩點(diǎn)多邊值的常微分方程組，采用傳統(tǒng)積分法求解需要耗費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間，為此，人們提出了多種實(shí)用的算法。本文對其中的平均功率法、多步法和PCM法進(jìn)行了分析和比較。這三種方法相對直接積分法計(jì)算速度有了很大的提高，但是它們均采

4、用固定步長，計(jì)算效率不高。我們期望一種較理想的方法，使步長跟隨功率變化。本文基于龍格-庫塔-芬爾格(RKF45)公式，提出了一種新的自適應(yīng)步長算法。這種算法根據(jù)每步迭代的局部截?cái)嗾`差與精度要求自動(dòng)調(diào)整步長，在相同條件下提高了計(jì)算速度和準(zhǔn)確度，適于求解拉曼放大器耦合方程的兩點(diǎn)多邊值問題。 本文將自適應(yīng)步長算法與平均功率法、多步法和PCM三種方法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，與原有算法相比，自適應(yīng)步長算法能在較小的誤差下以最少的迭代次數(shù)完成

5、計(jì)算，有效地提高了計(jì)算效率，適合于光纖拉曼放大器的模擬計(jì)算。應(yīng)用自適應(yīng)步長算法，本文對5路后向泵浦光放大100路正向傳輸?shù)腤DM信號光進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，得到了一些有用的結(jié)論。 拉曼增益譜的平坦度是高性能拉曼放大器設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要課題。本文對拉曼增益曲線平坦度的影響因素進(jìn)行了仿真，分析了泵浦間的受激拉曼散射、信號間的受激拉曼散射、泵浦源的個(gè)數(shù)、泵浦輸入功率以及泵浦波長與拉曼增益平坦度的關(guān)系。 拉曼放大器的優(yōu)化設(shè)計(jì)是目前拉曼