新型光纖參量放大器的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文新型光纖參量放大器的優(yōu)化設(shè)計(jì)姓名：高明義申請學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：信息與通信工程指導(dǎo)教師：胡衛(wèi)生20061101型，分析了隨波長改變的光纖色散n(a)引起的放大器增益譜的非對(duì)稱性。通過比較由不同色散曲線的光纖組成的光纖參量放大器的增益譜，我們發(fā)現(xiàn)越低越平坦的光纖色散，得到的光纖參量放大器的增益譜就越寬。在此基礎(chǔ)上，我們還設(shè)計(jì)了具有以上色散特性的光子晶體光纖，通過使用遺傳算法對(duì)光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)0，函，／2and

2、曲進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在一個(gè)寬的波長范圍上獲得了一個(gè)所期待的超低超平坦的光子晶體光纖。最后，我們用這個(gè)優(yōu)化的光子晶體光纖構(gòu)架了一個(gè)新的雙泵浦光子晶體光纖參量放大器。因?yàn)楣饫w的四階色散系數(shù)對(duì)光纖參量放大器的增益譜的影響很大，在進(jìn)一步的研究中，我們將考慮繼續(xù)對(duì)光子晶體光纖的四階色散進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使它更適合于寬帶光纖參量放大器。另外，對(duì)于雙泵浦光纖參量放大器而言，兩泵浦的中心波長位于光纖的零色散波長附近，目的是為了在比較寬的波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相位匹配。

3、但是，光纖損耗、光纖色散、光纖零色散波長波動(dòng)等會(huì)引起相位失配，這些相位失配影響放大器的增益特性。論文從雙泵浦光纖放大器小信號(hào)增益解析解出發(fā)，研究了相位失配對(duì)放大器增益特性的影響。分析結(jié)果表明，光纖損耗減小了泵浦功率，從而引起了信號(hào)增益的減小，并且在光纖縱向?qū)е铝讼辔皇鋸亩谠鲆孀V上產(chǎn)生一個(gè)大的增益波動(dòng)。當(dāng)考慮光纖損耗時(shí)，光纖四階色散在增益譜上產(chǎn)生一個(gè)大的增益抖動(dòng)，惡化了增益譜的平坦性。此外，光纖零色散波長波動(dòng)導(dǎo)致了增益譜的改變，長程波

4、動(dòng)的影響比短程波動(dòng)的影響更嚴(yán)重，但是光纖損耗和四階色散對(duì)短程波動(dòng)的影響比長程波動(dòng)的大。所以即使對(duì)于短光纖組成的光纖參量放大器，光纖損耗、光纖四階色散、光纖零色散波長波動(dòng)等引起的相位失配也是很明顯的，應(yīng)該仔細(xì)考慮。光纖參量放大器的噪聲特性研究也是論文的一個(gè)非常重要的方面。論文首先基于光纖參量放大器信號(hào)增益的精確分析解，通過仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)雙泵浦光纖參量放大器，得到一些有意義的結(jié)論。通過優(yōu)化放大器參數(shù)，當(dāng)增益開始飽和時(shí)，光纖參量放大器的增益最大

5、，平坦的增益帶寬最寬，噪聲指數(shù)最小。然而，隨著增益飽和的繼續(xù)增強(qiáng)，平坦的增益帶寬變窄了，噪聲指數(shù)也增大了。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則是調(diào)節(jié)光纖參量放大器的參數(shù)，使放大器達(dá)到一個(gè)低的增益飽和狀態(tài)。應(yīng)該盡量避免增益飽和的持續(xù)增強(qiáng)，因?yàn)檫@樣會(huì)惡化光纖參量放大器的增益和噪聲性能。論文也分析了為了抑制受激布里源散射而使用的泵浦相位調(diào)制對(duì)光纖參量放大器噪聲性能惡化的影響。研究表明，應(yīng)該優(yōu)化光纖參量放大器的結(jié)構(gòu)參數(shù)平衡高增益和低噪聲的矛盾。對(duì)于固定結(jié)構(gòu)參數(shù)

6、的光纖參量放大器而言，可以通過優(yōu)化泵浦相位調(diào)制設(shè)置而減小放大器噪聲，例如減小泵浦相位調(diào)制頻率、調(diào)制指數(shù)，用多個(gè)正弦信號(hào)調(diào)制泵浦等。在多調(diào)制信號(hào)的情況下，應(yīng)該優(yōu)化各個(gè)信號(hào)的調(diào)制頻率，使其平方和最小從而獲得低的噪聲。噪聲指數(shù)是評(píng)價(jià)光纖參量放大器性能的一個(gè)重要指標(biāo)。來自摻餌光纖放大器的放大自發(fā)輻射噪聲和泵浦源的相對(duì)強(qiáng)度噪聲對(duì)光纖參量放大器的噪聲指數(shù)有重要的影響。對(duì)單泵浦光纖參量放大器而言，隨著信號(hào)光波和泵浦光波之間的波長間隔的增加，相位失配增