新型光纖參量放大器的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文新型光纖參量放大器的優(yōu)化設(shè)計姓名：高明義申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：信息與通信工程指導(dǎo)教師：胡衛(wèi)生20061101型，分析了隨波長改變的光纖色散n(a)引起的放大器增益譜的非對稱性。通過比較由不同色散曲線的光纖組成的光纖參量放大器的增益譜，我們發(fā)現(xiàn)越低越平坦的光纖色散，得到的光纖參量放大器的增益譜就越寬。在此基礎(chǔ)上，我們還設(shè)計了具有以上色散特性的光子晶體光纖，通過使用遺傳算法對光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)0，函，／2and

2、曲進行優(yōu)化設(shè)計，在一個寬的波長范圍上獲得了一個所期待的超低超平坦的光子晶體光纖。最后，我們用這個優(yōu)化的光子晶體光纖構(gòu)架了一個新的雙泵浦光子晶體光纖參量放大器。因為光纖的四階色散系數(shù)對光纖參量放大器的增益譜的影響很大，在進一步的研究中，我們將考慮繼續(xù)對光子晶體光纖的四階色散進行優(yōu)化設(shè)計，使它更適合于寬帶光纖參量放大器。另外，對于雙泵浦光纖參量放大器而言，兩泵浦的中心波長位于光纖的零色散波長附近，目的是為了在比較寬的波長范圍內(nèi)實現(xiàn)相位匹配。

3、但是，光纖損耗、光纖色散、光纖零色散波長波動等會引起相位失配，這些相位失配影響放大器的增益特性。論文從雙泵浦光纖放大器小信號增益解析解出發(fā)，研究了相位失配對放大器增益特性的影響。分析結(jié)果表明，光纖損耗減小了泵浦功率，從而引起了信號增益的減小，并且在光纖縱向?qū)е铝讼辔皇鋸亩谠鲆孀V上產(chǎn)生一個大的增益波動。當(dāng)考慮光纖損耗時，光纖四階色散在增益譜上產(chǎn)生一個大的增益抖動，惡化了增益譜的平坦性。此外，光纖零色散波長波動導(dǎo)致了增益譜的改變，長程波

4、動的影響比短程波動的影響更嚴(yán)重，但是光纖損耗和四階色散對短程波動的影響比長程波動的大。所以即使對于短光纖組成的光纖參量放大器，光纖損耗、光纖四階色散、光纖零色散波長波動等引起的相位失配也是很明顯的，應(yīng)該仔細(xì)考慮。光纖參量放大器的噪聲特性研究也是論文的一個非常重要的方面。論文首先基于光纖參量放大器信號增益的精確分析解，通過仿真優(yōu)化設(shè)計雙泵浦光纖參量放大器，得到一些有意義的結(jié)論。通過優(yōu)化放大器參數(shù)，當(dāng)增益開始飽和時，光纖參量放大器的增益最大

5、，平坦的增益帶寬最寬，噪聲指數(shù)最小。然而，隨著增益飽和的繼續(xù)增強，平坦的增益帶寬變窄了，噪聲指數(shù)也增大了。因此，優(yōu)化設(shè)計的原則是調(diào)節(jié)光纖參量放大器的參數(shù)，使放大器達到一個低的增益飽和狀態(tài)。應(yīng)該盡量避免增益飽和的持續(xù)增強，因為這樣會惡化光纖參量放大器的增益和噪聲性能。論文也分析了為了抑制受激布里源散射而使用的泵浦相位調(diào)制對光纖參量放大器噪聲性能惡化的影響。研究表明，應(yīng)該優(yōu)化光纖參量放大器的結(jié)構(gòu)參數(shù)平衡高增益和低噪聲的矛盾。對于固定結(jié)構(gòu)參數(shù)

6、的光纖參量放大器而言，可以通過優(yōu)化泵浦相位調(diào)制設(shè)置而減小放大器噪聲，例如減小泵浦相位調(diào)制頻率、調(diào)制指數(shù)，用多個正弦信號調(diào)制泵浦等。在多調(diào)制信號的情況下，應(yīng)該優(yōu)化各個信號的調(diào)制頻率，使其平方和最小從而獲得低的噪聲。噪聲指數(shù)是評價光纖參量放大器性能的一個重要指標(biāo)。來自摻餌光纖放大器的放大自發(fā)輻射噪聲和泵浦源的相對強度噪聲對光纖參量放大器的噪聲指數(shù)有重要的影響。對單泵浦光纖參量放大器而言，隨著信號光波和泵浦光波之間的波長間隔的增加，相位失配增