宽带大增益光纤参量放大器的研究

摘要

随着光通信系统中密集波分复用（DWDM）的快速发展，光通信网络对光放大器在信号增益、增益带宽与增益平坦度方面提出了更高的要求，目前传统的光放大器已经不能满足这些要求。光纤参量放大器（FOPA）基于光纤三阶非线性光学效应，具有相敏特性、高增益、宽带宽、能够产生闲频光的优点，可实现光通信系统中绝大部分的全光操作，在DWDM系统以及全光网络等领域中有着非常广泛的应用。本文的主要工作在于对单段光纤参量放大器与级联光纤参量放大器的数值与仿真分析，对影响光纤参量放大器的信号输出增益、增益带宽以及增益平坦度的各个参数进行了深入全面的理论与仿真分析，数值与仿真的结果都表明采用周期性色散补偿的级联结构能够有效的提高峰值增益、增加增益带宽与改善增益平坦度。本文的主要工作有以下几个方面：
　　（1）介绍了光纤通信技术及其发展、光放大器在光纤通信系统中的作用以及光放大器的分类，概括了光纤参量放大器的研究背景、工作性能、研究现状与发展态势。
　　（2）研究了光纤参量放大的基本工作原理。光纤参量放大是基于四波混频效应的一种非线性效应，本文研究了四波混频中光波之间的能量转换并分析了相位匹配条件，讨论了简并与非简并情况下的参量放大。
　　（3）对单段光纤参量放大器进行理论与仿真分析。首先利用光波耦合方程推导出单段光纤参量放大器的信号输出增益表达式和增益带宽表达式。然后基于信号输出增益表达式，对泵浦光、高非线性光纤的各个参量进行数值分析，通过对数值结果的比较分析了各个参量的变化对增益特性的影响。搭建了单段光纤参量放大器仿真模型，对影响增益特性的几个典型参量进行仿真分析，进一步验证了数值分析的正确性和可行性。最后基于数值与仿真结果，分析了改善增益特性的几种方法。
　　（4）对级联光纤参量放大器（CFOPA）进行理论与仿真分析。基于光波耦合方程推导出级联光纤参量放大器的信号输出增益表达式。基于信号输出增益表达式，对分段数、泵浦光、色散补偿光纤和高非线性光纤的各个参量进行数值分析，通过对数值结果的比较分析了各个参量的变化对增益特性的影响。利用Optisystem软件搭建了级联光纤参量放大器的仿真模型，对影响增益特性的几个典型参量进行仿真分析，进一步验证了数值分析的正确性和可行性。

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图表目录

第一章 绪论

1.1光纤通信的简介与发展

1.2 光放大器概述

1.3 本文主要工作及创新点

第二章 光纤参量放大的基本原理

2.1光纤中的非线性效应

2.2四波混频（FWM）原理

2.3非简并与简并四波混频

2.4本章小结

第三章 单段光纤参量放大器的理论与仿真分析

3.1小信号近似下增益特性的理论分析

3.2增益特性的数值分析

3.3影响FOPA增益特性参数的仿真

3.4提高增益特性的方法

3.5本章小结

第四章 级联光纤参量放大器的理论与仿真分析

4.1级联光纤参量放大器的工作原理

4.2小信号近似下增益特性的理论分析

4.3增益特性的数值分析

4.4影响CFOPA增益性能参数的仿真分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果

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