多泵浦宽带光纤拉曼放大器增益平坦的优化设计

摘要

光纤拉曼放大器（FRA）是提高密集波分复用（DWDM）光纤通信系统传输距离的关键器件之一，其以传输光纤作为增益介质，具有增益谱宽，饱和功率高，噪声性能好，能够进行分布式放大等优点，日益成为光纤通信系统研究热点。本文主要研究增益平坦的宽带FRA的优化设计算法，提出了以最小二乘法对宽带FRA的增益平坦性进行优化的算法，并证实了其可行性。本文的研究内容和创新点如下： 1.从简化的受激拉曼散射功率传输方程出发，分析比较了求解FRA输出功率的各种不同算法。分别使用变步长的龙格-库塔法和平均功率法求解FRA的功率耦合方程，并利用变步长的打靶法解决方程的两点边值问题。 2.首次分析了光纤突变损耗对FRA输出功率特性的影响，使得研究结果更接近于实际的传输系统，进而可针对实际的传输实验系统进行更好的优化。仿真结果表明，光纤突变损耗对FRA输出功率特性的影响主要与损耗大小和光纤突变位置有关，并且不会对输出功率谱形状产生较大影响。 3.提出了以最小二乘法对宽带FRA的增益平坦性进行优化的算法，并利用此算法分别对三泵浦、四泵浦和五泵浦FRA的增益平坦性进行优化，并得到了比较平坦的增益谱，证实了该算法的可行性和有效性。 4.通过对最小二乘法优化特性的分析发现，相比其他算法，最小二乘法更适合于使用中的FRA的动态优化。并提出了利用最小二乘法对使用中的FRA增益平坦特性进行优化的动态优化模型。设计出基于ARM的FRA动态增益谱调节方案。

目录

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致谢

1 引言

1.1 选题的目的和意义

1.2 光纤拉曼放大器的发展与现状

1.3 大容量超长距离DWDM传输系统

1.4 本文的主要工作

2 多泵浦宽带光纤拉曼放大器的原理与结构

2.1 拉曼放大器的原理

2.2 光纤拉曼放大器的结构

2.2.1 光纤拉曼放大器的泵浦方式

2.2.2 光纤拉曼放大器的类型

2.2.3 光纤拉曼放大器的特点

2.3 光纤拉曼放大器的特性

2.3.1 FRA的增益与饱和特性

2.3.2 噪声特性

2.3.3 增益带宽特性

2.3.4 大功率泵浦特性

2.3.5 FRA 中的偏振依赖性

2.4 拉曼放大数学模型

3 FRA功率传输方程的数值求解

3.1 功率传输方程算法分析

3.1.1 龙格—库塔法

3.1.2 Adams—Bashforth(AB)算法

3.1.3 预测—校正方法(PCM)解功率传输方程

3.2 平均功率法求功率传输方程

3.2.1 算法分析

3.2.2 算法流程图

3.3 平均功率法与龙格—库塔法的比较

3.4 两点边值问题的求解

3.4.1 两点边值问题

3.4.2 原始打靶法

3.4.3 改进的打靶法

3.4.4 打靶法流程图和效果图

4 FRA的优化和突变损耗对输出特性的影响

4.1 已有的增益平坦优化算法

4.2 用最小二乘法对FRA进行泵浦优化

4.2.1 泵浦优化的最小二乘法理论模型

4.2.2 最小二乘法的算法流程图

4.2.3 最小二乘法泵浦优化可行性验证

4.2.4 泵浦个数对最小二乘法结果的影响

4.3 突变损耗对FRA的影响分析

4.3.1 不同大小突变损耗对FRA的影响

4.3.2 突变损耗位置对FRA的影响

4.3.3 接续损耗对FRA的影响的定性分析

5 最小二乘法用于FRA动态增益谱调节

5.1 FRA动态增益谱调节发展现状

5.2 最小二乘法用于FRA动态增益谱调节的基本原理

5.3 最小二乘法用于FRA动态增益谱调节举例

5.3.1 克服突变损耗的动态增益谱调节

5.3.2 克服功率波动的动态增益谱调节

5.3.3 信道数目增加的动态增益谱调节

5.4 基于ARM的FRA动态增益谱调节方案

6 结论

参考文献

附录

作者简历