相位敏感光纤参量放大器的四波混频串扰特性研究

摘要

相位敏感光纤参量放大器(phase sensitive fiber optical parametric amplifier, PS-FOPA)是一种基于光纤四波混频过程的超低噪声光放大器。这种新型光放大器具有0dB的量子极限噪声指数，可以提供无噪声光放大，并且具备高增益、大增益带宽、对信号调制速率及调制格式透明等优点，在长距离超大容量光纤通信系统中极具应用潜力。然而PS-FOPA对波分复用信号进行放大的同时，高非线性光纤中还会发生多个不必要的四波混频(four-wave mixing, FWM)过程，所产生的新频率分量将对信号造成串扰，严重限制PS-FOPA在密集波分复用系统中的实际应用。针对此问题，本文从理论和实验上对PS-FOPA多波长信号放大的FWM串扰特性进行深入研究，并在此基础上提出抑制串扰的方案。本文主要的研究内容和研究成果如下：　　(1)从实验和理论上研究了应用于PS-FOPA的FWM串扰。我们分析了引起信号频段串扰的FWM过程，同时给出了FWM串扰的近似表达式，这个表达式可以很方便地估计串扰随系统参数的变化情况，得到的分析结果与实验结果和仿真结果相符。结果表明，FWM串扰随信道输入功率、信号增益、非线性光纤长度和信道数目等系统参数的增加而显著增加。我们进一步比较PS-FOPA和相位非相敏FOPA的FWM串扰，并分析了两者串扰特性存在差异的原因。　　(2 )基于以上对PS-FOPA的FWM串扰特性研究，我们提出采用混合PS-FOPA/EDFA(erbium-doped optical fiber amplifier, EDFA)方案抑制FWM串扰。我们分析了混合PS-FOPA/EDFA的FWM串扰及噪声特性与PS-FOPA增益的关系，并得到了该混合放大器系统增益分配的优化方案，可以实现PS-FOPA/EDFA的低串扰低噪声光放大。进一步地我们讨论了混合PS-FOPA/EDFA实验实现方案。　　(3)我们对正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)信号的PS-FOPA进行了一些基础研究，主要研究了参量泵浦光频谱展宽对OFDM信号放大的影响机制及非线性串扰的抑制。结果表明，频谱展宽后的泵浦光与信号光载波之间的FWM效应会在信号光载波附近产生多余的频率成份，由于OFDM信号的子载波频率间隔与泵浦光调制频率相似，这些频率成份与OFDM信号的子载波重叠，产生信号串扰，称为PMI-FWM(phase modulation induced FWM)串扰；信号串扰的大小与信号光载波功率正相关。实验上我们提出对OFDM信号采用载波抑制调制，结合相干探测手段，实现了对PMI-FWM串扰的抑制。这些研究结果为PS-FOPA实际应用于多波长通道及多子载波高频谱效率信号的超低噪声放大提供有用指导。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 PSA的研究现状

1.3 本论文的研究工作

第二章 相位敏感放大器的基本理论

2.1四波混频

2.2参量放大

2.3转移矩阵描述

2.4实现PS-FOPA的关键技术

2.5 本章小结

第三章 相位敏感放大器的四波混频串扰特性

3.1理论分析与实验结果

3.3 PSA/EDFA混合放大器抑制四波混频串扰

3.4总结

第四章 正交频分复用（OFDM）信号的PS-FOPA研究

4.1 OFDM信号的简介

4.2 OFDM信号的相位敏感光纤参量放大研究

4.3 总结

第五章 总结与展望

参考文献

研究生期间参与发表学术论文情况

致谢