分布式宽带光纤喇曼放大器

摘要

分布式宽带光纤喇曼放大器以其噪声低、增益特性配置灵活以及喇曼放大的光纤普适性成为长距离主干光纤通信网络的关键技术之一。近几年全球范围用户驻地网的数字化数据量巨大的增长趋势强力推动光纤到X技术向高速、大容量和长距离的方向发展，分布式宽带光纤喇曼放大器在光接入网中的应用成为新的研究亮点。
　　 本论文结合国家高技术研究发展计划重大项目“14XXnm泵浦激光器与喇曼光纤放大器关键技术”开展研究工作，对光纤喇曼放大器和光纤喇曼激光器及其技术进行了系统的理论和实验研究。论文主要内容如下：
　　 (1)对光纤喇曼放大器的增益和噪声特性进行了系统的理论研究和总结。重点分析了放大器增益和噪声特性与泵浦方式、增益水平、光纤长度、信道功率水平等参数的关系；
　　 (2)建立了一套改进的泵浦、信号和噪声功率演化的数值仿真模型。通过增加和修正喇曼耦合过程中各类光波的噪声项因子，改进了现有的数值模型，提高了仿真结果的精确性。并提出了一种有效的后向光波初值估计方法，设计实现了基于打靶法的稳定、精确的仿真算法；
　　 (3)首次提出了基于最优化理论的宽带光纤喇曼放大器增益特性的“三步法”优化设计方法，特别是把泵浦波长和功率的优化问题用一个不等式约束的非线性规划问题予以描述和求解，与基于改进的遗传算法的代表性成果相比，最优化程度除4个和6个泵浦波长低6%和10%外，8到16波长平均提高了25%，算法效率则提高了2到3倍，非常适合宽带光纤喇曼放大器的工程优化设计之需；
　　 (4)首次提出了利用激光二极管泵浦的1342nm固体激光器泵浦的14XXnm单级喇曼光纤激光器模块作为光纤喇曼放大器的泵浦源。提出并实现了基于配置法的光纤喇曼光纤激光器的稳定高效仿真优化模型，在此基础上设计实现了四个14XXnm波长输出的光纤喇曼激光器，转换效率高达59%到81%，在分布式宽带光纤喇曼放大器样机获得成果应用；
　　 (5)成功研制出跨距长达100km的分布式宽带喇曼光纤放大器样机，性能测试表明：实验结果与理论结果符合得很好，该样机工作带宽为80nm（1526nm 到1606nm），平均开关增益12dB，增益平坦度0.86dB，最大偏振相关增益0.32dB，最大等效噪声指数0.93dB，很好地达到并部分超过了863 课题的要求。