光纖參量放大器的理論與實驗研究.pdf

1、光纖參量放大器（FOPA）是未來密集波分復(fù)用全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，它具有許多優(yōu)點，例如：高增益，高飽和輸出功率，低噪聲，工作在任意波長，寬帶寬，內(nèi)在的增益反應(yīng)時間短等。本文圍繞光纖參量放大器的飽和增益、增益平坦化、帶寬、最佳光纖長度、脈沖信號傳輸和波長轉(zhuǎn)換應(yīng)用等方面進行了深入的理論和實驗研究，具體內(nèi)容如下： (1) 研究了光纖參量放大器的基本理論。由基本傳播方程出發(fā)，推導(dǎo)出描述光纖參量放大器中光波演變情況的耦合非線性薛定諤方程。通

2、過分析光纖參量放大器增益帶寬與光纖參數(shù)、光纖長度、泵浦功率、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，給出了提高增益帶寬的具體方法。實驗研究了FOPA的增益譜，實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果相吻合。 (2) 研究了光纖參量放大器的飽和增益特性。用數(shù)值分析的方法得到兩個簡潔、實用的解析式用于描述光纖參量放大器的飽和信號增益和飽和信號輸出功率。得到的結(jié)論是：飽和信號增益與泵浦功率和信號功率有關(guān)而飽和信號輸出功率僅與泵浦功率有關(guān)，但兩者都與光纖非線性系數(shù)和光纖長度無關(guān)

3、，這與小信號增益截然不同但更好地滿足能量守恒定律。 (3) 首次提出最佳光纖長度概念。最佳光纖長度定義為其他參數(shù)一定的情況下使信號增益或信號輸出功率達到最大所需的最小光纖長度。通過數(shù)值積分求解描述光纖參量放大過程的非線性耦合方程，并應(yīng)用控制變量法深入研究了最佳光纖長度與光纖非線性系數(shù)、抽運光功率、信號輸入功率的關(guān)系。最后用最小二乘法進行數(shù)據(jù)擬合確定系數(shù)，得到簡潔、實用的最佳光纖長度解析表達式。與已有實驗結(jié)果比較表明，該解析式可很

4、好的用來計算和優(yōu)化光纖參量放大器的光纖長度。 (4) 提出一種新穎的基于超結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵的梳狀增益均衡器。采用基于LP（layer-peeling）算法的IS（inverse scattering）技術(shù)設(shè)計光纖光柵，將整體加窗切趾法改進為各信道獨立加窗切趾，成功地設(shè)計出所需的超結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵。用傳輸矩陣法分析反射譜、時延曲線和群時延抖動，結(jié)果表明，所設(shè)計的SFBG滿足各項設(shè)計指標(biāo)要求。光纖參量放大器增益均衡后，在ITU－

5、T規(guī)定的16個信道內(nèi)，增益抖動小于±0.4dB，信道隔離度為35dB。 (5) 皮秒脈沖在光纖參量放大器中放大時，就群速度色散和三階色散的作用進行了研究。發(fā)現(xiàn)任何由于色散引起的信號光或閑頻光脈沖形狀的改變都將被耦合到閑頻光或信號光引起閑頻光或信號光脈沖相應(yīng)的形狀變化，這對以后的實驗研究很有幫助。 (6) 研究綜合考慮到泵浦損耗、走離效應(yīng)、色散效應(yīng)和非線性效應(yīng)，強脈沖信號在光纖參量放大器中的放大情況通過分步傅立葉方法求解耦