基于光子晶体光纤的参量放大器性能研究

摘要

近年来，光纤参量放大器（FOPA）在光通信领域引起了人们的关注。FOPA基于高效率的四波混频（FWM）原理，具备很大的灵活性，可以在掺铒光纤放大器增益谱范围外获得增益。作为FOPA的工作介质，光子晶体光纤（PCF）具有许多优于传统光纤的特点，利用这些特性，可实现在所需波段上的高增益、宽带宽、低噪声的参量放大。
　　 本文首先介绍光子晶体光纤的导光机制、物理特性及应用研究的进展。然后介绍了光参量放大的过程原理，建立理论模型，并求解特定条件下的耦合振幅方程。根据理论分析进行模拟仿真，系统讨论了光纤非线性系数、色散斜率、泵浦波长、泵浦功率及光纤长度等因素对单、双泵浦FOPA增益、带宽及增益谱平坦度的影响。接着对双泵浦PCF参量放大的噪声特性曲线进行研究，结合仿真结果分析输入信号功率、信号波长、泵浦波长间隔、四阶色散对双泵浦噪声指数的影响。
　　 在光子晶体光纤中由于制作工艺等原因零色散波长会在某个范围内波动，而很小的零色散波长波动就会引起增益谱的很大变化。本文对实际情况中零色散波长波动的FOPA进行数值仿真分析，结果发现，可以通过减小两泵浦之间的波长差优化中心频率，减小增益带宽，来保证实际情况中增益谱的平坦度。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 光纤参量放大的研究背景

1.2 基于光子晶体光纤参量放大的研究意义

1.3 基于光子晶体光纤参量放大的应用及进展

1.4 本论文的主要工作及结构安排

第二章 光子晶体光纤

2.1 光子晶体光纤简介

2.2 光子晶体光纤的特性

2.2.1 宽波段的单模特性

2.2.2 色散特性

2.2.3 非线性特性

2.2.4 双折射特性

2.3 小结

第三章 光参量放大原理

3.1 光参量放大概述

3.2 光参量过程原理

3.3 光纤参量放大的理论模型

3.3.1 非线性耦合振幅方程

3.3.2 耦合振幅方程的近似解

3.2.3 相位匹配效应

3.4 小结

第四章 基于PCF的光参量放大特性分析

4.1 单泵浦增益特性

4.1.1 信号增益极值

4.1.2 非线性系数对参量增益的影响

4.1.3 色散斜率对参量增益的影响

4.1.4 泵浦波长对参量增益的影响

4.1.5 泵浦功率对参量增益的影响

4.1.6 光纤长度对参量增益的影响

4.2 双泵浦增益特性

4.2.1 非线性系数对双泵浦参量增益的影响

4.2.2 泵浦波长间隔对双泵浦参量增益的影响

4.2.3 四阶色散对双泵浦参量增益的影响

4.3 饱和放大情形下的增益和带宽特性

4.4 小结

第五章 FOPA噪声特性

5.1.ASE及QN影响产生的噪声

5.2 双泵浦中的走离效应

5.3 基于PCF的FOPA噪声分析

5.2.1 输入信号功率对噪声指数的影响

5.2.2 信号波长对噪声指数的影响

5.2.3 泵浦波长间隔对噪声指数的影响

5.2.4 四阶色散对噪声指数的影响

5.3 小结

第六章 光纤不完全性的影响

6.1 零色散波长的波动

6.2 数值仿真及结果

6.3 减轻零色散波长波动带来的影响

6.4 小结

总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文