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。     

同向抽运喇曼放大器功率转换效率的数值分析

为了对同向抽运光纤喇曼放大器的功率转换效率进行研究,由耦合方程出发,采用龙格-库塔算法的数值模拟方法,详细分析了所有物理因素对同向抽运光纤喇曼放大器功率转换效率的影响. 结果表明,功率转换效率先随着光纤长度的增加而增加,当增加到最大值时保持数值不变;并且功率转换效率也随着初始信号光功率、光纤喇曼增益系数、信号光损耗系数的增加而增加,但随着光纤有效面积、抽运光损耗系数、抽运光与信号光的频率比的增加而减小;功率转换效率和初始抽运光功率呈抛物线曲线关系. 这对同向抽运光纤喇曼放大器功率转换效率的进一步研究以及光纤喇曼放大器的相关研究有一定参考意义.     

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。     

同向与反向抽运光纤喇曼放大器的阈值比较

为分析同向抽运与反向抽运光纤喇曼放大器的阈值特性,基于已有的耦合微分方程,采用龙格库塔算法和打靶算法,数值模拟同向抽运和反向抽运光纤喇曼放大器中信号光功率沿光纤的演变过程,在此基础上根据实际情况推导出同向与反向抽运光纤喇曼放大器的阈值公式,这些公式比文献中的阈值公式更全面。然后,详细分析各个参数对同向抽运和反向抽运光纤喇曼放大器阈值特性的影响,并且对两种抽运方式的阈值进行比较,结果表明,各参量对同向和反向抽运FRA的阈值影响有相同的地方,也有不同的地方。相同参数时,反向抽运光纤喇曼放大器的阈值都大于同向抽运光纤喇曼放大器的值。结论对于光纤喇曼放大器的优化设计和实验有指导作用,为进一步的研究提供有益的参考。     

分布式宽带光纤喇曼放大器的研制

为了研究分布式光纤喇曼放大器研制过程关键技术,采用数值分析与实验相结合的方法,从理论上分析了受激喇曼散射耦合方程组,并对抽运光、信号光之间相互作用过程进行数值模拟,选择了满足增益要求的抽运源数目、波长和功率参量。实验上通过调节抽运功率配置,得到了C+L波段信号净开关增益大于10dB,平坦度小于1.6dB,偏振相关增益小于0.4dB,偏振模色散小于0.16ps。实验结果表明,本系统选择的抽运源参量完全满足喇曼增益设计要求,系统技术指标达到通信使用标准。     

反向抽运喇曼光纤放大器开关增益特性研究

用数值计算的方法,对影响反向抽运喇曼光纤放大器开关增益的几个参数与反向抽运喇曼光纤放大器开关增益的关系进行了分析研究,数值计算的结果对有效提高反向抽运喇曼光纤放大器的开关增益有参考意义。     

分布式光纤喇曼放大器实验研究

为了对后向抽运分布式宽带光纤喇曼放大器的特性进行实验研究,采用多波长1426nm,1440nm,1460nm,1475nm和1495nm的半导体激光器作为抽运源,实现了C+L波段近80nm带宽的信号光放大,获得了比较好的平坦增益、偏振相关增益,系统平均开关增益为10.7dB,增益平坦度为1.5dB,最大噪声指数为-1.96dB,偏振相关增益小于0.4dB.结果表明,光纤喇曼放大器的抽运源波长、功率选择比较合理,系统所有技术指标均满足光纤通信使用要求.这一结果将对通信产业化发展有着重要的指导作用.     

分布式光纤喇曼放大器实验研究

为了对后向抽运分布式宽带光纤喇曼放大器的特性进行实验研究,采用多波长1426nm,1440nm,1460nm,1475nm和1495nm的半导体激光器作为抽运源,实现了C+L波段近80nm带宽的信号光放大,获得了比较好的平坦增益、偏振相关增益,系统平均开关增益为10.7dB,增益平坦度为1.5dB,最大噪声指数为-1.96dB,偏振相关增益小于0.4dB。结果表明,光纤喇曼放大器的抽运源波长、功率选择比较合理,系统所有技术指标均满足光纤通信使用要求。这一结果将对通信产业化发展有着重要的指导作用。     

基于超长分布式2阶喇曼放大器的光载射频传输

为了提升光载射频传输链路的链路增益以及传输距离,采用了L波段的超长分布式2阶喇曼放大器结构对光信号进行放大。从理论上对分布式2阶喇曼放大器以及光载射频传输链路的原理进行了解释,利用信号光、1阶抽运光、2阶抽运光以及噪声之间的耦合方程组分析了它们之间的关系,并且得到了基于超长分布式2阶喇曼放大器的光载射频传输系统的1阶射频信号增益。通过数值仿真以及系统实验得到了抽运功率大小对超长分布式2阶喇曼放大器的开关增益的影响、光载射频传输系统在0GHz~7GHz范围内的频率响应及其射频增益以及该光载射频传输链路在应用超长分布式2阶喇曼放大器后的相位噪声情况。结果表明,光载射频传输在超长分布式2阶喇曼放大器的作用下获得了28.1dB的链路增益,在距离为80.94km的光链路上实现了近似无损传输,射频信号开关增益与射频信号频率无关。该研究在光载射频链路的长距离传输中有重要的应用价值。     

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.     

Design of Hybrid Optical Amplifiers for High Capacity Optical Transmission

This paper describes our design of a hybrid amplifier composed of a distributed Raman amplifier and erbium‐doped fiber amplifiers for C‐ and L‐bands. We characterize the distributed Raman amplifier by numerical simulation based on the experimentally measured Raman gain coefficient of an ordinary single mode fiber transmission line. In single channel amplification, the crosstalk caused by double Rayleigh scattering was independent of signal input power and simply given as a function of the Raman gain. The double Rayleigh scattering induced power penalty was less than 0.1 dB after 1000 km if the on‐off Raman gain was below 21 dB. For multiple channel amplification, using commercially available pump laser diodes and fiber components, we determined and optimized the conditions of three‐wavelength Raman pumping for an amplification bandwidth of 32 nm for C‐band and 34 nm for L‐band. After analyzing the conventional erbium‐doped fiber amplifier analysis in C‐band, we estimated the performance of the hybrid amplifier for long haul optical transmission. Compared with erbium‐doped fiber amplifiers, the optical signal‐to‐noise ratio was calculated to be higher by more than 3 dB in the optical link using the designed hybrid amplifier.     

基于粒子群优化算法的双向多泵浦光纤拉曼放大器增益研究

基于石英光纤作为增益介质,采用龙格-库塔法、打靶法求解多波长双向泵浦光纤拉曼放大器的功率耦合波方程,得到拉曼放大器的增益带宽,平均增益,增益平坦度以及泵浦光和信号光沿光纤的分布。再通过粒子群优化算法对同一数量泵浦光不同排列双向系统进行逐个优化分析,在14种双向泵浦结构中选出性能较优的三种结构,再对它们优化参数设置,最终得到性能最优的双向泵浦结构BBFF。研究结果表明:在仅有四个泵浦光的情况下,双向多泵浦结构BBFF具有最优的平均增益和增益平坦度,并且得到了开关增益为23.1665 dB,增益平坦度为0.794 dB的双向泵浦结构。     

利用免疫算法优化设计的宽带大增益拉曼光纤放大器

为提高拉曼光纤放大器(RFA)的增益带宽和输出增益、改善增益平坦度,本文以掺铒碲基光纤作为放大介质,使用6个泵浦光设计了一款能够实现对C+L波段共100 nm带宽信号光平坦放大的拉曼光纤放大器.在设计过程中,针对拉曼光纤放大器模型中的非线性优化和组合优化问题,采用免疫算法配置泵浦光波长和功率的方法来解决,同时保证拉曼光...     

基于自适应差分进化算法的拉曼放大器设计

为满足下一代6G网络对光通信网络提出的传输容量大、速率高及传输时延低的要求,本文将碲酸盐光纤作为光纤增益介质,并利用自适应差分进化(adaptive differential evolution,ADE)算法 对拉曼光纤放大器(Raman fiber amplifier,RFA) 的泵浦参数进行优化。该算法通过引入自适应算子控制变异率的大小,在保持个体多样性的同时增强全局搜 索最优解的能力。最终设计出一款覆盖100 nm带宽范围、平均增益为28.27 dB、增益平坦度为 0.65 dB的多泵浦RFA。同时,在该模型基础上分别研究了泵浦功率和光纤长度对拉曼放大器增益及增益平坦度的影响,为设计和优化多泵浦拉曼放大器模型提供了参考。     

多泵浦增益平坦光子晶体拉曼光纤放大器

针对密集波分复用光纤通信系统中拉曼光纤放大器增益及增益谱平坦问题,提出一种采用4个泵浦光的多泵浦方式在光子晶体光纤不同位置处注入两种不同波长泵浦光的组合方式来获得拉曼光纤放大器增益更大、增益谱更加平坦的方法。这种组合方式在拉曼光纤放大器中使得光信号实现了前段放大、后段补偿,从而在拉曼光纤放大器输出端获得高增益和较平坦增益谱。模拟的结果表明:平均增益可达:26.5 dB,增益平坦度为0.046 dB。     

基于粒子群优化算法的级联喇曼光纤放大器

为了在较高的净增益条件下实现最小化喇曼增益平坦度,采用粒子群优化算法对As-S光纤与碲基光纤级联的光纤放大器各抽运光参量优化配置的方法,进行了理论分析和实验验证。结果表明,应用上述方法对得到的3组优化结果进行对比,在带宽为40nm的级联喇曼光纤放大器上,达到了平均增益为53.25dB、增益平坦度为0.30dB的较高性能。与传统光纤放大器和现有的级联光纤放大器相比,使用粒子群优化算法对各抽运光的功率和波长优化后,会使级联光纤放大器性能明显提高,这在未来的光纤通信中具有一定实用价值。     

分布式宽带光纤拉曼放大器增益平坦优化设计

为了对分布式宽带光纤拉曼放大器增益平坦度改善方法的研究,采用受激拉曼散射功率耦合方程,建立了抽运、信号相互作用的数学模型,在此基础上对C+L波段信号开关增益进行了数值仿真,分析了影响增益平坦度的主要因素,并通过合理配置抽运激光功率,使得C+L增益平坦度获得了极大的改善,改善后增益平坦度小于1dB,计算结果表明,合理的激光功率配置对于改善宽带光纤拉曼放大器增益平坦度是一种简单而十分有效的方法。     

多泵浦与光纤级联结合的宽带拉曼光纤放大器

针对传统光纤通信传输系统中拉曼光纤放大器(RFA)增益带宽不足、输出增益低且输出增益不平坦的问题,设计了一种多泵浦和光纤级联相结合的宽带拉曼光纤放大器。并且推导实现增益平坦输出时所用六个泵浦光和四段光子晶体光纤(PCF)对应参数满足的约束表达式,从理论上给出了一种提高放大器增益和增益带宽的同时保证较小增益平坦度的设计方法。最后通过Matlab数值模拟,所设计的宽带拉曼光纤放大器达到了增益带宽92 nm,平均增益39.95 dB,增益平坦度0.1447 dB。     

高功率双包层掺镱光纤放大器

为满足高功率激光系统末级功率提升的要求,研制了高功率光纤放大器,它采用双包层掺Yb3＋光纤作为增益介质,利用泵浦合束器进行泵浦的级联放大。通过有效的热管理及输出稳定技术,对于大信号1053nm波长的输入光,该光纤放大器的增益大于22dB;采用增益均衡技术,20nm带宽范围内增益平坦度小于2dB。