光纤参量放大器增益与时域特性研究

摘要

光纤参量放大器(FOPA)是一种基于光纤中四波混频效应的新型非线性全光放大器。由于其高增益、大带宽、低的噪声指数等优良特性，使它有望成为新型的全光放大器以及全光信号处理中有用的光器件。但在光纤参量放大器应用于实际的过程中也出现了一些急需解决的问题：如偏振敏感性的影响、温度的影响、高功率下其它非线性效应对FOPA的影响，以及应用于DWDM系统中不同信道之间的串扰和信号光的饱和效应的影响，等等。本文在较为全面综述前人研究成果的基础上，对饱和放大情形下FOPA的增益和带宽特性，以及信号脉冲在FOPA中的变化进行了研究。取得的主要成果如下： 1.FOPA在不同近似时所用模型不同，为了既突出FOPA的主要物理过程又不至于使模型过于复杂，我们基于单抽运光参量放大模型和包含色散的参量放大模型，自主开发了既能模拟参量放大增益谱特性，又能显示脉冲在放大器中波形变化过程的计算机程序。 2.分析了饱和放大情形下FOPA的增益和带宽特性，给出了增益谱随光纤长度、输入信号光功率以及抽运光波长与零色散波长偏离之间的关系。在饱和放大中，由于抽运光功率的损耗，增益的整体值小于小信号放大时的增益值，信号光增益谱的可用带宽减少，在某些波长处由于信号光功率向抽运光回流，信号光的增益谱在可用带宽范围内出现了旁瓣。在实际应用时，光参量放大器很容易工作在饱和放大区，因此信号光增益谱的这些变化能够对单抽运光参量放大器的设计提供有益的帮助。 3.研究了FOPA的时域特性，对参与参量放大时信号光波形沿光纤放大器的变化进行了分析。为了使研究更具有一般性，使用了包含色散的归一化模型。通过数值计算得到了连续光FOPA在小信号条件下和饱和放大时脉冲形状的变化。此外，考虑了相位失配对FOPA时域特性的影响。重点研究了信号光为超短脉冲而抽运光为连续光时，FOPA中信号光波形随传输距离的演变。分析了在脉冲较短时可能出现的信号光与抽运光的走离，以及信号光较大的群速度色散对其在参量放大过程中脉冲波形变化的影响。最后，分析了信号的初始脉冲啁啾对脉冲在放大过程中演化的影响。FOPA时域特性的研究将有助于理解信号光在FOPA中的演变过程，为进一步控制信号光打下基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图索引

湖南大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

第1章光纤参量放大器研究综述

第2章光纤参量放大基本原理及模型

第3章光纤参量放大器增益谱特性

第4章光纤参量放大器信号脉冲时域特性分析

总结与展望

参考文献

致 谢

附录A攻读硕士学位期间发表的论文目录