基于光纖參量放大的慢光效應(yīng)及參量振蕩器研究.pdf

1、隨著人們對(duì)信息量需求的急劇增加，現(xiàn)代通信系統(tǒng)的傳輸容量和帶寬面臨著巨大挑戰(zhàn)。尋求具有超高速、大容量、長(zhǎng)距離及高頻譜效率傳輸能力的新型密集波分復(fù)用全光通信系統(tǒng)顯得尤為必要。因此，對(duì)全光通信系統(tǒng)傳輸技術(shù)和緩存技術(shù)的研究，尤其是如何設(shè)計(jì)新型多波長(zhǎng)激光器和實(shí)現(xiàn)全光存儲(chǔ)與交換已成為全光通信領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)，光纖參量放大(FOPA)技術(shù)以其高增益、大帶寬、高相敏特性、低噪聲、可產(chǎn)生閑頻帶以及可對(duì)任意波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行放大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)

2、代光纖傳輸系統(tǒng)中。
　　本論文以FOPA技術(shù)在全光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究基于FOPA的慢光效應(yīng)和新型光纖參量振蕩器(FOPO)的設(shè)計(jì)，旨在探索利用FOPA產(chǎn)生慢光延時(shí)和新型多波長(zhǎng)光纖激光器的機(jī)理和方法，從而提高FOPA在未來(lái)新型高速光網(wǎng)絡(luò)和光緩存領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。論文主要從以下幾個(gè)方面展開研究。首先，研究了FOPA增益譜邊帶近零增益區(qū)域的延時(shí)特性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。其次，研究了基于多級(jí)四波混頻(F

3、WM)的多波長(zhǎng)光纖參量振蕩器(FOPO)的輸出特性。最后，提出了一種基于相位調(diào)制器的重復(fù)頻率倍增的鎖模脈沖產(chǎn)生方案。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)研究了基于FOPA增益譜邊帶的脈沖信號(hào)延時(shí)特性。推導(dǎo)了小信號(hào)條件下譜分量延時(shí)的解析表達(dá)式，利用信號(hào)與系統(tǒng)處理方法對(duì)脈沖信號(hào)在FOPA增益譜邊帶的延時(shí)特性進(jìn)行數(shù)值仿真，并詳細(xì)研究了影響延時(shí)量和延時(shí)帶寬的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明:在FOPA增益譜邊帶近零增益區(qū)域波長(zhǎng)處存在急劇的相位變化

4、，可以產(chǎn)生較大的信號(hào)延時(shí);單頻信號(hào)和脈沖信號(hào)在FOPA增益譜邊帶的延時(shí)量會(huì)因?yàn)檠訒r(shí)帶寬的影響存在明顯的差異，為基于FOPA增益譜邊帶可調(diào)諧光延遲線的設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的理論參考。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了10Gb/s偽隨機(jī)二進(jìn)制序列脈沖信號(hào)在FOPA不同增益區(qū)域的延遲量，從系統(tǒng)上驗(yàn)證了基于FOPA的可調(diào)諧光延遲線在實(shí)際中應(yīng)用的可行性。
　　(2)研究了基于多級(jí)FWM的多波長(zhǎng)FOPO的輸出特性。從基本的簡(jiǎn)并和非簡(jiǎn)并FWM方程出發(fā)，模擬了6束光波的多級(jí)F

5、WM過(guò)程，結(jié)果表明:隨著信號(hào)光功率的增加，高階參量邊帶在FWM過(guò)程中相繼產(chǎn)生，從而能量在各個(gè)光波之間的轉(zhuǎn)移規(guī)律也變得非常復(fù)雜。在自洽理論下，對(duì)多波長(zhǎng)FOPO的輸出特性進(jìn)行數(shù)值仿真，為多波長(zhǎng)FOPO的設(shè)計(jì)提供了理論參考。在實(shí)驗(yàn)上，實(shí)現(xiàn)了基于多級(jí)FWM的多波長(zhǎng)FOPO，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本相符。
　　(3)提出了一種重復(fù)頻率倍增FM鎖模脈沖產(chǎn)生方案。闡述了主動(dòng)鎖模激光器的基本原理及其鎖模方式。在自洽理論下，研究了主動(dòng)鎖模激光器的脈

6、沖特性，并在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了泵浦功率和調(diào)制頻率對(duì)脈沖特性的影響，得到了脈沖寬度為35～42ps，時(shí)間抖動(dòng)為2.55ps，時(shí)間帶寬積為0.63的多波長(zhǎng)鎖模脈沖序列(理想FM鎖模激光器的時(shí)間帶寬積為0.626)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了FM鎖模FOPO環(huán)形腔中光波偏振態(tài)對(duì)FOPO鎖模狀態(tài)的影響。結(jié)果表明:通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入鈮酸鋰晶體光波的偏振態(tài)，可以得到重復(fù)頻率是調(diào)制信號(hào)調(diào)制頻率兩倍的脈沖序列。
　　綜上，本論文圍繞基于FOPA的慢光效應(yīng)和新型多波長(zhǎng)FOPO