正向抽运喇曼光纤放大器开关增益数值计算研究

采用数值计算的方法,对影响正向抽运喇曼光纤放大器(RFA)开关增益的几个因素——喇曼增益系数、抽运光功率、光纤长度、光纤损耗、有效纤芯面积等参数与正向抽运喇曼光纤放大器开关增益的关系进行了分析研究,并把数值分析的结果和小信号的解析结果进行了比较,然后在此基础上提出了有效提高正向抽运喇曼光纤放大器开关增益的几种方法。     

光纤放大器侧向多点抽运耦合的研究

在微棱镜侧面抽运耦合的基础上提出利用缠绕光纤的方法，将光纤进行并排缠绕到一跑道型的物体上，利用微棱镜将抽运光进行侧面多处抽运耦合进入光纤，利用粒子数速率方程和信号光及抽运光的传输方程进行了相关的数值模拟，分别讨论了在端面抽运和侧面抽运两种方式下，各处抽运功率相同和总抽运功率相同时增益随光纤长度变化的情况，发现多点耦合的确能够有效地提高信号光的增益。讨论了弯曲损耗和过剩抽运光对信号光增益的影响，结果表明光纤的弯曲半径不要太小以致于产生太多的损耗从而导致增益降低，而剩余的抽运光可忽略不计。这种方法不仅为微棱镜的制造和实验操作带来了方便，而且有效地提高了光纤放大器信号光的输出增益。     

双抽运光参量放大的增益特性

在相同条件下(如抽运光功率、信号光功率等),与单抽运相比,双抽运光参量放大(OPA)的增益大,增益带宽宽.由于信号光的增益特性与参量增益系数直接相关,因此,在建立高非线性光纤(HNLF)光参量放大的理论模型的基础上,对相位匹配条件、参量增益以及信号光饱和增益的特性进行了分析讨论,采用有限差分法,对增益饱和的特性进行了模拟.结果表明,参量增益和光纤参数、输入抽运光以及信号光的波长、功率有关,而信号光的饱和增益和输入抽运功率有关.     

基于粒子群算法的拉曼光纤放大器的多抽运源优化

基于粒子群算法(PSO)提出了一种优化多波长抽运拉曼光纤放大器的新方法。只要给定信号光的波长分布、功率、抽运光的个数、抽运光的波长和功率变化范围．再根据其他已知的光纤参数．就能优化出满足指定平均开关增益大小、指定增益平坦度所需的抽运源参数．包括各个抽运源的波长和功率。采用该方法对一个C波段的拉曼光纤放大器进行了优化．仅应用两个抽运光源就实现了平均开关增益分别为32dB、20dB、l7dh相应最大增益波动分别为的拉曼光纤放大器的设计．得到了各抽运光源的优化波长和优化功率。     

抽运功率配置对双向拉曼放大器功率转换效率的影响

为了对分布式双向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率进行研究,在不同的抽运功率配置条件下,采用打靶法和龙格库塔法相结合的数值算法,由耦合方程出发,详细分析不同物理因素对双向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的影响,包括增益、增益饱和、初始信号光功率以及总的抽运功率。结果表明:信号较小、总的抽运功率较小时,抽运功率配置对双向抽运光纤拉曼放大器效率的影响较小。信号较大、总的抽运功率较大时,抽运功率配置对双向抽运光纤拉曼放大器效率的影响显著;双向抽运FRA的功率转换效率随着同向抽运功率占抽运总功率百分比的增加而增加。所得结论有新的进展,对双向抽运光纤拉曼放大器和光纤拉曼放大器功率转换效率的进一步研究有重要参考意义。     

TDM抽运光纤拉曼放大器增益平坦的研究

讨论了分时复用(TDM)抽运光纤拉曼放大器的增益平坦特性,基于拉曼增益谱理论,建立了光纤拉曼放大器的开关增益与光纤特性的关系表达式.通过数值模拟发现,信号增益平坦随抽运功率组合的不同有规律地起伏变化.通过优化抽运功率组合,实现了TDM抽运光纤拉曼放大器增益的平坦化.     

抽运功率配置对双向喇曼放大器性能的影响

为了研究抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器性能的影响,基于已有的耦合方程,采用数值仿真方法,分析了不同抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器的增益、增益饱和以及抽运功率转换效率的影响。结果表明,双向抽运光纤喇曼放大器的增益、增益饱和以及抽运功率转换效率特性均介于同向和反向抽运光纤喇曼放大器之间,并且随着同向抽运功率在抽运总功率中所占比例的升高,增益、增益饱和功率和抽运功率转换效率的数值增加;大信号、抽运功率较大时,抽运功率配置对双向抽运光纤喇曼放大器性能的影响显著。这对双向抽运光纤喇曼放大器和光纤激光研究具有一定的参考价值。     

前、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性分析

为了研究前向、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性,在受激喇曼散射功率耦合方程组的基础上,采用龙格-库塔法结合打靶法分别计算了前、后向抽运功率、信号功率沿光纤的演化过程,并给出了抽运功率和信号功率的计算结果。结果表明,前向抽运系统中信号开始被放大,在最大处开始快速减小。低频抽运光的功率开始被放大的原因是由于抽运光之间的非线性相互作用引起的。后向抽运时信号开始被缓慢减小,然后在距离光纤末端处快速增加。这为以后喇曼光纤放大器的设计提供了重要的参考。     

前、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性分析

为了研究前向、后向多抽运光纤喇曼放大器的增益特性,在受激喇曼散射功率耦合方程组的基础上,采用龙格-库塔法结合打靶法分别计算了前、后向抽运功率、信号功率沿光纤的演化过程,并给出了抽运功率和信号功率的计算结果.结果表明,前向抽运系统中信号开始被放大,在最大处开始快速减小.低频抽运光的功率开始被放大的原因是由于抽运光之间的非线性相互作用引起的.后向抽运时信号开始被缓慢减小,然后在距离光纤末端处快速增加.这为以后喇曼光纤放大器的设计提供了重要的参考.     

抽运饱和及信道问受激拉曼散射效应对反向抽运分布式光纤拉曼放大器增益谱的影响

在宽带密集波分复用(DWDM)系统中，后向抽运分布式光纤拉曼放大器(B-DFRA)会引入在小信号条件下无需考虑的两种效应：抽运饱和效应(PS)使拉曼增益减小；拉曼放大使信道间受激拉曼散射(SRS)效应增强，产生附加拉曼倾斜效应(ART)。将后向抽运分布式光纤拉曼放大器的增益谱分解为拉曼抽运的放大作用和信道间受激拉曼散射效应产生的倾斜作用，通过对各种工作条件下实际后向抽运分布式光纤拉曼放大器增益谱的优化计算，研究了抽运饱和效应和附加拉曼倾斜效应对后向抽运分布式光纤拉曼放大器增益谱的影响。计算发现抽运饱和效应取决于信道输出功率，附加拉曼倾斜效应由信道输入功率和输出功率共同决定，进而通过抽运饱和效应和附加拉曼倾斜效应的大小可以将后向抽运分布式光纤拉曼放大器的工作条件划分为三个区域，并讨论了不同工作条件下后向抽运分布式光纤拉曼放大器的简化分析方法。     

单频大功率光纤放大器中抑制受激布里渊散射的理论分析

对单频大功率光纤放大器中的受激布里渊散射(SBS)抑制问题进行了分析和模拟。建立了双包层光纤放大器的含有受激布里渊散射效应的传输方程组,并考虑了温度差对受激布里渊增益系数的影响。通过数值求解方程组研究了前向、后向和双向抽运方式下,抽运功率、对流系数、光纤长度和斯托克斯频率偏移对受激布里渊散射增益的影响。在抽运功率、对流系数和光纤长度均相同的条件下,后向抽运方式的受激布里渊增益最小;对流系数或光纤长度的减少会降低受激布里渊增益。计算了总抽运功率为1kW,三段抽运方式下的受激布里渊增益,其结果远远大于增益阈值。因此,设计单频大功率光纤放大器宜采用后向抽运方式,尽量减小光纤外表面空气的对流速度以增加温度差,同时应该尽量缩短光纤长度。     

多泵浦喇曼放大器的增益特性分析

提出了用同向泵浦的剩余泵浦功率作为反向泵浦的泵浦功率迭代初值,用Lorentz线型拟合喇曼增益系数,采用简明的数学模型,对比分析了同向、反向多波长泵浦喇曼放大器的增益特性以及信号间的受激喇曼散射对增益的影响.     

光纤拉曼放大器中级联的前向受激布里渊散射

研究了前向抽运和背向抽运方式下S波段分布式光纤拉曼放大器(FRA)中级联的受激布里渊散射(SBS)现象。用窄光谱带宽(<100MHz)的可调谐LD作为信号源,通过S波段分布式FRA,当被放大的信号功率超过单模光纤SBS的阈值时,出现了前向SBS。随着FRA抽运功率的提高,在斯托克斯区,出现了级联的SBS线,信号的功率转换为SBS功率,在实验中观测到偶数阶的SBS谱线功率大于奇数阶的Brillouin Rayleigh散射线。当进一步增加FRA的抽运功率,其增益下,噪声变大,SBS的串扰破坏了FRA特性,使其无法在密集波分复用(DWDM)光纤传输系统中使用,因此需要严格地控制入纤的信号功率和FRA抽运功率。在实验中还观测到在FRA中被放大的信号光和SBS线两侧的伴线。     

掺钕光纤放大器非线性折射率的分析

利用描述光纤放大器非线性折射率的公式．通过数值模拟的方法模拟了输入信号功率、抽运功率、信号波长以及增益效应和克尔效应等变量对掺钕光纤放大器非线性折射率的影响，结果表明无论是增加抽运光功率或信号光功率，当信号光的波长小于1064nm时．掺钕光纤放大器的非线性折射率的数值在此波段附近所对应的值为正值，大于此值所对应的值为负值；抽运功率较小时增益效应对非线性折射率的影响较大，而抽运功率较大时克尔效应对非线性折射率的影响较大，这主要是增益饱和所导致的结果；当信号光频率一定时，随抽运功率的增加非线性折射率逐渐增加并达到饱和。     

基于掺TiO2光纤的拉曼放大器特性研究

为探索能够应用于集总式拉曼放大的新型光纤材料,采用掺TiO₂光纤作为增益介质分别设计了一阶、二阶拉曼放大器。给出了高功率转换效率且增益平坦的泵浦参数配置方案,在总泵浦光功率不变的情况下对比了掺TiO₂光纤的一阶、二阶拉曼放大器与掺GeO₂光纤的二阶拉曼放大器的增益特性。仿真结果表明,在L波段60nm的谱宽范围内,32dBm的泵浦光前向注入长达6 km的掺TiO₂光纤对3 dBm的信号光进行二阶拉曼放大,其功率转换效率可达41.57%,增益平坦度仅为1.14 dB,对比掺GeO₂光纤的二阶拉曼放大器具有更平稳的输出增益。     

DCF光纤拉曼放大器的实验研究

DCF(dispersion compensating fibre)光纤具有较高的拉曼增益系数,利用这一点可以用较短长度的DCF光纤制成分立式的光纤拉曼放大器,作为传输线路上的损耗补偿.本文在测量并计算了DCF光纤的拉曼增益系数的基础上,对分立式的DCF放大器的开关增益和噪声指数进行了测量和分析,并将分立式FRA和分布式FRA在开关增益和噪声指数方面做了比较。介绍了用不同的测量方法所造成的实验结果的差异.实验结果表明,放大介质为5 km的DCF光纤所构成的放大器,在抽运功率为800 mW的条件下,最大增益可达14.77dB,3 dB带宽为35 nm,满足作为损耗补偿的要求.     

分布拉曼光纤放大的实验研究

采用符合ITU-T标准的G波段40信道波分复用(WDM)光源对分布式拉曼放大器(DRA)的特性进行了实验研究。对不同抽运方式及不同光纤长度的分布式拉曼放大器性能作了较为详细的报道。在抽运功率相同的条件下，选用50km单模光纤对比研究了不同抽运方式的拉曼放大器增益和噪声。通过对不同光纤长度的分布式拉曼放大器的实验研究发现，在较低抽运功率且输入信号功率较低的情况下，随着光纤长度增加，拉曼增益也增加，有效噪声系数减小。研究了分布式拉曼放大器对波分复用通信系统信噪比的改善，实验发现不同抽运功率下，拉曼放大器对系统信噪比的改善随抽运功率增加而增加，但是不成线性关系，而且最终会出现饱和。