光纖喇曼放大器的理論和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和數(shù)字通信的快速增長，光通信網(wǎng)絡(luò)的容量需求不斷的擴(kuò)大。高速的、大容量的現(xiàn)代光通信系統(tǒng)需要高增益、寬范圍的光放大器。光纖喇曼放大器以其獨(dú)特的寬帶放大特性和優(yōu)良的低噪聲特性，成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究開發(fā)的熱點(diǎn)，是光通信系統(tǒng)中最有前途的關(guān)鍵器件。本文對S波段光纖喇曼放大器進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究，并理論研究了自相似脈沖在光纖喇曼放大器中的演化過程。主要內(nèi)容如下： 1.S波段光纖喇曼放大器的實(shí)驗(yàn)研究及樣機(jī)的設(shè)計(jì)采用遺傳算法和龍

2、格一庫塔算法對分步式和分立式光纖喇曼放大器的特性進(jìn)行了優(yōu)化。在一定的泵浦波長和泵浦功率下，放大器的增益平坦度隨著光纖長度的增加而增加。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，在70nm(1450-1520nm)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)增益平坦度小于0.9dB，平均開關(guān)增益為11.2dB。 2.S波段光纖喇曼放大器的實(shí)驗(yàn)研究利用高增益系數(shù)的色散補(bǔ)償光纖作為喇曼增益光纖，采用1400nm級聯(lián)喇曼光纖激光器和1420nm半導(dǎo)體激光器進(jìn)行聯(lián)合后向泵浦，在35nm(1480-

3、1515nm)帶寬內(nèi)峰值增益達(dá)到了18.3dB，噪聲指數(shù)為4-5dB。同時采用級聯(lián)長周期光纖光柵作為增益平坦器，在相同帶寬內(nèi)達(dá)到士1dB的增益平坦度。平均增益為11.3dB。 3.S波段雙程光纖喇曼放大器的實(shí)驗(yàn)研究利用光纖環(huán)鏡把傳統(tǒng)單程放大器輸出端的信號反射回增益光纖進(jìn)行再次放大，同時利用損耗峰位置和深度可調(diào)的應(yīng)力長周期光纖光柵進(jìn)行嵌入式增益平坦，在40nm(1485-1525nm)帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)增益平坦度±0.8dB，峰值增益13

4、.6dB。 雙程放大器在提高增益的同時，也惡化了其噪聲指數(shù)，所以，我們利用具有梳狀反射譜的高非線性雙折射光纖環(huán)鏡作為信號反射器，達(dá)到降低放大器ASE噪聲的目的。在40nm(1480-1520nm)增益帶寬內(nèi)取得平均噪聲指數(shù)改善4.9dB，噪聲指數(shù)最大降低6.2dB。同時利用剩余泵浦反射作為泵浦反饋，從而實(shí)現(xiàn)等效雙向泵浦的雙程光纖喇曼放大器，在40nm(1480-1520nm)增益帶寬內(nèi)達(dá)到最大增益24dB，平均噪聲指數(shù)為4.3d

5、B。 4.混合光纖喇曼放大器的實(shí)驗(yàn)研究混合光纖喇曼放大器是發(fā)揮各種放大器優(yōu)勢性能，提高放大質(zhì)量的一種新的放大器發(fā)展方向。利用FRA和EDFA的互補(bǔ)特性，在直線型混合光纖喇曼放大器中得到在47nm(1483-1530 nm)波長范圍內(nèi)增益平坦度小于±1.2dB，噪聲指數(shù)低于5dB。利用并列式混合光纖喇曼放大器，經(jīng)過應(yīng)力長周期光纖光柵進(jìn)行增益平坦后，在1487-1507nm和1520-1550nm波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)士2 dB的增益平坦度

6、。峰值增益為19.3dB。利用高雙折射光纖環(huán)鏡作為信號反射器，在相同帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)噪聲指數(shù)低于6dB。 5.自相似脈沖在光纖喇曼放大器中演化的理論研究自相似拋物脈沖解是非線性薛定諤方程的一個特殊漸近解。其解決了在光纖中傳輸時脈沖能量受限和波分裂的問題，對于高功率超短脈沖輸出等研究領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。本文在自相似傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ)上，模擬了高斯脈沖在光纖喇曼放大器中演化成自相似脈沖的趨勢和速度，其自相似特征距離隨著輸入脈沖寬度的增

7、加而增加，隨著輸入脈沖能量的增加而減小。另外，通過提高光纖非線性系數(shù)和色散系數(shù)，很大程度上提高了脈沖在光纖喇曼放大器中演化成自相似脈沖的效率。 6.自相似脈沖在光子帶隙光纖中的壓縮的理論研究光脈沖在光纖喇曼放大器中演化成自相似脈沖的同時能量被放大，但是脈寬也在增大，要得到高能量的短脈沖則需要對脈沖進(jìn)行壓縮。本文研究了自相似脈沖在負(fù)色散光子帶隙光纖中的壓縮過程。由于光纖群速度色散的存在，調(diào)整了脈沖中不同的頻率成分的傳輸速度，使脈沖