光纤参量放大器参数优化及串扰特性研究

摘要

相比于传统的如掺铒光纤放大(EDFA)等光放大方式，光纤参量放大(FOPA)采用了一种新型的通信光放大原理。它基于四波混频(FWM)这一非线性光学效应，具有大工作带宽、高增益、低噪声系数等显著优势。光纤参量放大也被看作是即将应用于密集波分复用系统(DWDM)以及全光通信网络最有潜力的光通信中继技术之一。鉴于这些优势，光纤参量放大技术正在变成国内外科研机构重点探索的领域。放大器的增益带宽、峰值和串扰等特性是其重要的性能评价指标。所以，本论文基于光纤参量放大数值仿真模型，结合遗传算法对光纤参量放大系统的部分变量进行优化组合，然后利用仿真软件对FOPA系统中闲频光的影响做了仿真和研究。本文将从如下三个方向进行论述:
　　首先对参量放大基本理论原理进行深入细致的分析，同时也对光通信系统中的四波混频和其他一些常见的非线性光学效应进行介绍。明确了参量过程中光波间相互作用过程和能量转换关系，分析了忽略泵浦损耗的小信号光纤参量放大放大模型，同时利用Runge-Kutta方法对计算泵浦损耗下的参量系统进行了建模分析。
　　在考虑泵浦损耗双泵浦光纤参量放大系统中，利用数值仿真模型分析非线性光纤长度、两个泵浦强光的能量值以及它们各自波长对光纤参量放大系统的影响。其中考虑到的影响参数主要包括增益谱的带宽，平坦性和峰值。根据分析结果，选取了非线性光纤长度，两泵浦光波长作为变量，结合遗传算法，能很方便的找到这些变量的最佳组合，使放大器的参数达到最优化。
　　最后，在分析光放大器噪声计算普适公式后，重点介绍了参量放大系统在参量放大过程中新生成的闲频光对系统信号光带来串扰的情况。利用仿真软件详细分析了在信号光等间隔和非等间隔配置情况下的信噪比表现。通过仿真研究了非等间隔信道配置减小闲频光对光纤参量放大系统的信号串扰方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景及意义

1．2 光纤参量放大器发展过程和现状概述

1．3 论文的主要工作和安排

第2章 光纤参量放大的基本理论模型

2．1 光纤中的非线性效应

2．1．1 四波混频

2．1．2 光通信中常见的其它非线性效应

2．2 双泵浦参量放大系统

2．2．1 理论模型

2．2．2 小信号增益

2．2．3 考虑泵浦消耗时的光纤参量放大系统

2．3 单泵浦FOPA

2．4 本章小结

第3章 基于遗传算法的FOPA增益优化

3．1 FOPA的数值仿真模型

3．1．1 数值仿真模型的建立

3．1．2 高非线性光纤参数的确定

3．2 影响FOPA增益性能的因素

3．2．1 光纤长度对参量放大增益的影响

3．2．2 不同的泵浦功率FOPA增益的影响

3．2．3 泵浦波长变化对FOPA增益的影响

3．3 基于遗传算法的光纤参量放大增益优化

3．3．1 遗传算法

3．3．2 通过GA算法优化FOPA增益特性

3．4 本章小结

第4章 FOPA的噪声分析

4．1 光放大器噪声量化的数学模型

4．2 光纤参量放大器中的噪声

4．2．1 量子噪声

4．2．2 泵浦转移噪声

4．3 闲频光对FOPA噪声特性的影响

4．3．1 信号光之间发生FWM效应的相位匹配条件

4．3．2 信号光之间产生FWM效应对通信系统的影响

4．4 非等间隔信道配置减小闲频光的影响

4．4．1 非等间隔条件下闲频光的产生情况

4．4．2 采用非等间隔减小闲频光对信号光的串扰

4．5 非等间隔信道的数值优化

4．5．1 模型的初始条件

4．5．2 重叠频率计算矩阵

4．5．3 数值试验及分析

4．6 本章小结

总结与展望

论文总结

论文工作的不足和展望

致谢

参考文献

硕士学位期间发表的论文及成果