高增益、低DMG少模掺铒光纤及其放大性能研究

空分复用技术是大幅提高单根光纤数据传输容量的重要技术之一。对于长距离模分复用传输系统而言，少模掺铒光纤放大器是补偿光纤传输损耗必不可少的器件。因此，在少模掺铒光纤支持的所有模式中获得均衡增益至关重要，高差分模态增益会降低系统的传输性能。本文通过改进的化学气相沉积技术制备了18μm/124μm少模掺铒光纤，实验演示了基于该光纤的两模掺铒光纤放大器。当使用LP_11b模式泵浦时，该放大器所支持的LP₀₁和LP_11a模式可以在1535～1560 nm波段获得19.4 dB以上的增益，差分模态增益最大为0.66 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。     

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。     

基于GLM的多模光纤放大器模式控制研究

为了提高多模光纤放大器输出光束质量,基于多模纤芯中各个模式的传输和放大机理,提出了一种新的模式控制方法——增益-损耗控制,通过变化纤芯中掺杂的浓度、形状和材料,实现对高阶模式的抑制。根据多模纤芯双包层掺镱光纤放大器模型,对基于增益-损耗控制的选模特性进行了数值模拟和实例分析,得到了优化设计方法。结果表明,该方法可以有效抑制放大器中的高阶模,输出基模功率百分比可达90%以上。     

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。     

基于改进粒子群算法的后向泵浦RFA设计北大核心CSCD

为了满足第六代移动通信(6G)系统对光通信网络的高速率及大容量的要求,进一步提高光传输网络中光纤放大器的带宽、响应速率及放大倍数等成为目前的研究重点。在使用碲酸盐光纤作为光纤增益介质的同时,提出一种改进粒子群优化算法,通过在迭代过程中动态的调整速度、位置及惯性权重值,获得更高收敛速度,增强全局搜索的能力。应用该算法对拉曼光纤放大器的各个泵浦光参数配置进行优化、分析及仿真验证,最终设计出平均开关增益为23.738 8 dB,增益平坦度为0.209 8 dB的后向泵浦拉曼光纤放大器。结果表明,改进的粒子群优化算法对拉曼放大器泵浦光的参数配置有很强的适应性,能够获得较低的增益平坦度,对未来拉曼光纤放大器的设计具有一定的参考意义。     

反向多波长泵浦宽带FRA泵浦配置的一种优化方法

提出了一种基于粒子群算法(PSO)优化设计反向多波长泵浦光纤拉曼放大器(FRA)的方法.具体实施中应用PSO对6波长反向泵浦FRA的泵浦波长和泵浦功率共12个变量同时进行优化,然后依据泵浦光功率演变规律改进PSO算法,较好地克服了PSO优化精度低的缺点,最后得到了增益带宽100 nm,增益波动小于0.6 dB的优化结果,这为优化设计超宽带光纤拉曼放大器提供了一种可行的方法.     

全光纤结构的两级分布式窄线宽双包层光纤放大器

利用主振荡一功率放大(MOPA)技术,实验研究了两级级联、全光纤结构的窄线宽连续激光放大器.其中,以20dB光谱线宽0.078nm的窄线光纤激光器为信号光源,两个放大级中分别采用光纤侧面耦合器,(6+1)X1光纤合束器实现抽运光功率的耦合.以及使用1053nm单模纤芯的双包层掺镱光纤、大模场面积的掺镱双包层光纤作为增益光纤.在伞光纤结构放大器中,对第二级放大级中(6+1)X1抽运光注入端的反向传输光的光谱和功率进行了监测和分析.通过优化增益光纤的长度,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自牛激光振荡.在窄线宽激光放大过程中实现了中心波长1053 nm.总放大增益27.6 dB,功率16.09 W的稳定激光输出,没有发现受激布里渊散射和受激拉曼散射等非线性效应.     

少模掺铒光纤放大器的等效掺铒浓度仿真方法研究

提出一种少模掺铒光纤放大器（FM-EDFA）仿真方法，通过引入泵浦相关的等效掺铒浓度参数来拟合双向泵浦实验数据，并用VPI软件高效仿真FM-EDFA的级联传输性能。采用光隔离波分复用器（IWDM）开展了LP01和LP11两模双向泵浦放大实验，验证了上述仿真方法的可行性。通过优化前后向泵浦功率的比例，设计了一款模式增益约为11 dB的均衡FM-EDFA；仿真结果表明，该FM-EDFA循环传输10次后的差模增益和光信噪比分别为0.56 dB和27 dB，大于32 GBaud DP-32QAM模分复用信号传输系统纠后无误码所要求的光信噪比阈值。     

双芯掺铒光纤的研制及其增益均衡特性的研究

报道了双芯掺铒光纤(TC-EDF)的研制工艺,采用改进化学气相沉积(MCVD)和光子晶体堆积工艺成功试制出单芯掺杂型双芯掺铒光纤。利用耦合模理论和速率方程数值模拟了信号功率在双芯掺铒光纤中的传输并分析了双芯掺铒光纤的增益均衡特性;同时制作了双芯掺铒光纤放大器(EDFA)并进行实验测试。结果表明,双芯掺铒光纤具有良好的增益均衡特性。     

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。     

两段级联宽带碲基掺铒光纤放大器特性研究

利用四能级结构速率方程组和光功率传输方程组,研究了在碲基掺铒光纤(EDTF)中内插一个光隔离器、形成两段级联的碲基掺铒光纤放大器(EDTFA)后对EDTFA性能的改善.结果表明,在给定泵浦方式、泵浦功率、纤芯掺杂浓度和输入信号功率条件下,两段级联EDTFA可以有效的抑制光纤中反向传输放大自发辐射(ASE)噪声,降低反转粒子数的消耗,从而提高信号增益、输出功率,并且降低了噪声系数.对不同光纤长度和光隔离器内插在光纤中不同位置的研究表明,当光纤为最佳长度和光隔离器在最佳位置处时,可使短波长信号增益增加10 dB,噪声系数减小1 dB,并进一步增加了放大带宽以及功率转换效率.     

零模间色散三芯光子晶体光纤

为了研究纤芯掺杂低折射率材料后三芯光子晶体光纤中任意两超模之间的模间色散特性,采用全矢量有限元法进行了仿真,取得了模间色散系数、零模间色散波长随纤芯折射率和结构参量变化的数据。结果表明,通过调节纤芯折射率、纤芯直径、空气孔直径以及孔间距这4个结构参量,可以使任意两超模间的模间色散在两个常用波段1.31m和1.55m处为0。该结果对于消除基于模分复用的光纤不同模式间因为模间色散导致的脉冲失真和实现零模间色散的模分复用技术是有帮助的。     

多泵浦拉曼光纤放大器增益均衡的研究

基于受激拉曼散射原理,根据传输方程,用数值解法计算了单泵浦输入时的拉曼光纤放大器的增益;在此基础上,计算了多信道信号输入时,多泵浦拉曼光纤放大器的增益,并和文献的实验结果做了比较;用遗传算法优化泵浦参数以实现多泵浦拉曼光纤放大器的增益均衡。 1     

一种双模大模场面积多芯光纤的设计和特性分析

提出了一种具有双模大模场面积的多芯光纤,建立了该多芯光纤的电磁场模型并采用有限元方法对其进行求解。基于该模型研究了光纤的模式特性和弯曲特性,系统分析了纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差对光纤模式特性和基模有效模场面积的影响。结果表明:通过引入空气孔并适当减少纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差,该光纤能实现严格的双模传输。保持双模传输时,通过增大纤芯间距,减小纤芯半径和芯包折射率差均有助于增大基模的模场面积。通过调整结构参数,在近似满足双模传输的条件下,光纤的基模模场面积在平直状态下可达到3155μm²。     

大模场抗弯曲全固态光纤的结构设计

提出了一种具有对称结构的大模场面积和低弯曲损耗的新型结构光纤,运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤特性。该光纤由纤芯中的梯形折射率环和包层中的多层下陷层组成,仿真结果显示该光纤具有低弯曲损耗大模场单模传输的特性。对比分析了梯形谐振环、矩形谐振环、三角形谐振环结构光纤的弯曲损耗以及电场模式分布,实验结果显示梯形折射率环更具优越性。多层下陷层结构将模场限制在纤芯中,下陷层的数量大于2时模场面积基本上保持不变。研究结果表明,在波长为1 550 nm、弯曲半径为20 cm时,基模(FM)弯曲损耗只有0.056 868 dB/m,而高阶模(HOMs)损耗为3.58 dB/m,有效模场面积可达2 313.67μm²。该光纤对弯曲方向不敏感,在高功率光纤激光器放大器等光通信器件领域具有广阔的发展前景。     

一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器的设计

提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器,三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯,在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模,能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示,若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽,则能够达到23nm,并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用,并具有极低的串扰。     

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。     

增益导引和折射率导引在大模场单模光纤设计中的应用

传统的大模场光纤是通过设计光纤结构来获得大模场面积的,可以实现的模场面积只能达到几百平方微米。增益导引和折射率导引相结合是实现大模场单模光纤的一种新方法。通过分析增益因子对折射率以及归一化频率的影响,得到了光纤中各阶模式截止条件与纤芯包层折射率差和增益因子的关系。最后以包层折射率为1.5734,纤芯折射率为1.5689,纤芯半径为50μm,10%(原子数分数)重掺杂钕离子的磷酸盐光纤作为模拟计算对象,当波长为1.064μm时,得到其模场直径大于90μm。对于普通光纤,增益导引和负折射率导引相结合的方法对实现大模场单模传输很有前景。     

部分掺杂光纤掺杂半径的选择

掺杂半径的选择是部分掺杂光纤能够有效选模的关键.从模式的归一化模场分布出发,通过对模式场分布的比较,确定采用较小或较大的掺杂半径均不利于基模的选取.从饱和增益和功率分配两个角度详细分析了掺杂半径的变化对各模式的增益获取能力和功率提取能力的影响.纤芯掺杂半径的变化改变了模式场与增益粒子的相互作用机会,因而改变了各模式的增益获取能力及模式功率的输出大小.当掺杂分布与基模场分布达到最佳重叠并使得基模在强度上占据优势时,则基模获得的增益超过其他模式,输出功率达到最大.定量计算结果说明,阶跃光纤采用0.6左右的相对掺杂半径可以有利于提取基模.