基于參量放大器的光脈沖產(chǎn)生研究.pdf

1、高重復(fù)率脈沖的產(chǎn)生與壓縮技術(shù)是全光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在常規(guī)通信窗口,無(wú)論是骨干網(wǎng)所采用的波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用等技術(shù)還是FTTx發(fā)展中所需要的接入技術(shù)等都需要一種可靠的短脈沖源作為技術(shù)支撐。然而,由于缺少相應(yīng)的增益介質(zhì),傳統(tǒng)的激光器不能滿足在一些非常規(guī)波長(zhǎng)上產(chǎn)生脈沖的需要。另一方面,隨著光纖通信的發(fā)展,光參量放大器(Fiber Optical Parametric Amplifier,FOPA)因其具備超快響應(yīng)、較寬帶寬、高增益以及波長(zhǎng)

2、可調(diào)性等特點(diǎn)而逐步進(jìn)入了人們的視野?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn),將其應(yīng)用于脈沖產(chǎn)生的技術(shù)中會(huì)有比較大的應(yīng)用價(jià)值和研究前景。本文主要研究了基于參量放大器的光脈沖產(chǎn)生,具體研究工作如下:
　　1、首先,論文介紹了光通信的發(fā)展以及其中的一些關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)介紹了一些光脈沖產(chǎn)生技術(shù)。論文介紹了一些常見的非線性過(guò)程以及高非線性光纖的概念,闡釋了四波混頻過(guò)程的物理機(jī)理,同時(shí)也分析了一些影響相位匹配的因素:材料色散、波導(dǎo)色散以及非線性效應(yīng)。同時(shí),文中簡(jiǎn)單地分析

3、了泵浦功率取不同值時(shí),參量增益的變化情況。
　　2、其次,在小信號(hào)模型中,本文通過(guò)兩種推導(dǎo)方法對(duì)單泵浦結(jié)構(gòu)參量放大器進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析,泵浦功率減小會(huì)導(dǎo)致信號(hào)增益譜幅度減小且其邊緣會(huì)向中心位置移動(dòng),這是產(chǎn)生閑頻脈沖的基本原理,這也為后面的數(shù)值方法提供了理論依據(jù)。本文分析了常用的對(duì)稱分步傅里葉方法(SSFM),并根據(jù)所研究?jī)?nèi)容的特殊性對(duì)此方法做了相應(yīng)的修改,提出了一種新的分步傅里葉數(shù)值解法:在色散效應(yīng)部分仍采用一般的方法,而在非線

4、性部分的處理中采用了基于龍格-庫(kù)塔法的解微分方程法求解。
　　3、再次,以前的研究主要集中于信號(hào)波與閑頻波之間的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,而本論文主要分析的是輸入脈沖形式泵浦波的情況下所產(chǎn)生的閑頻波。文中以雙曲脈沖為例,分析了信號(hào)波與泵浦頻率間隔對(duì)閑頻脈沖的占空比以及峰值功率的影響。研究結(jié)果表明頻率間隔取值較小時(shí),閑頻脈沖峰值功率較大但占空比也比較大,但總體而言,閑頻脈沖在占空比上有了較大的改善。此外,采用文中所提出的方法以及具體的參數(shù)取值,分析

5、了信號(hào)波、閑頻波以及泵浦波之間的走離效應(yīng)對(duì)在相應(yīng)波長(zhǎng)上所產(chǎn)生的閑頻脈沖的影響。證明了前面研究類似的性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上考慮群速度色散,分析了泵浦功率被正弦幅度調(diào)制時(shí),不同調(diào)制頻率下所產(chǎn)生閑頻脈沖的特點(diǎn)。結(jié)果表明,群速度色散對(duì)脈沖的影響與具體的調(diào)制頻率有關(guān)。按照論文中所取的參數(shù)值,調(diào)制頻率為10GHz時(shí)脈沖被稍微展寬了;在20GHz和40GHz時(shí),色散效應(yīng)與走離效應(yīng)的共同作用能有利于保持閑頻脈沖的形狀。
　　4、最后,論文分析了雙泵浦結(jié)

6、構(gòu)參量放大器中兩個(gè)泵浦波正交線偏振的情況,并進(jìn)行了相應(yīng)的推導(dǎo),分析了泵浦功率逐漸減小時(shí)其信號(hào)增益譜的特性。結(jié)合泵浦波同線性偏振的情形,分析并比較了各自信號(hào)增益的特點(diǎn)。同時(shí),分析了兩種情況下相位失配量對(duì)參量增益敏感度的影響。分析表明,泵浦同線性時(shí),最大增益敏感度在失諧量L??接近-0.12的處取得;泵浦正交時(shí),在失諧量L??接近-0.9時(shí)取得。論文比較了同線性偏振的情況下單、雙泵浦結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生脈沖受走離效應(yīng)影響的特點(diǎn)。仿真分析表明,在得到相

7、近峰值功率脈沖的情況下,走離效應(yīng)對(duì)雙泵浦結(jié)構(gòu)的影響更小,但是脈沖寬度會(huì)更大。采用正交偏振的泵浦波時(shí),雖然可以使得FWM過(guò)程偏振無(wú)關(guān),但是其較小的信號(hào)增益會(huì)影響所產(chǎn)生脈沖的峰值功率。分析表明通過(guò)增大泵浦脈沖功率也產(chǎn)生比較理想的脈沖。最后,利用本文中的算法,分析了基于單泵浦參量放大器的脈沖產(chǎn)生過(guò)程中泵浦相位調(diào)制對(duì)脈沖序列的影響,驗(yàn)證了前人文獻(xiàn)中的結(jié)論;并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了雙泵浦FOPA中泵浦波相位調(diào)制對(duì)產(chǎn)生脈沖的影響,推導(dǎo)了包含相位因