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。     

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。     

基于MOPA结构的1064nm单频光纤激光器

为了抑制受激布里渊散射效应, 提高单频窄线宽种子源的放大功率, 采用主振荡功率放大器结构, 并对光纤长度、纤芯直径和抽运参量进行优化, 实现了42W的1064nm信号光输出。实验中, 一级放大采用914nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径10μm, 长度8m;二级放大采用976nm半导体激光器作为抽运源, 增益光纤芯径20μm, 长度2.4m。在种子光功率40mW、一级放大的抽运功率6.8W、二级放大的抽运功率85W时, 得到了42W的1064nm信号光输出。结果表明, 光光转换效率约49.4%, 偏振消光比27.5dB; 输出信号光中心波长1064.5nm, 线宽约70MHz, 保持了种子光的单频特性。在42W连续输出时没有观察到受激布里渊散射, 继续增大抽运功率, 有望实现更高功率的放大。     

正向抽运光纤喇曼放大器偏振相关增益研究

为了研究单抽运多信号传输的光纤喇曼放大器(FRA)系统中各因素对由抽运-信号喇曼相互作用所产生的偏振相关增益(PDG)的影响,采用数值计算的方法,对FRA的数学模型和PDG的表示方法进行了分析,然后对光纤偏振模色散(PMD)、抽运光功率、抽运光波长、信号光功率、光纤长度、光纤损耗等参量与PDG的关系进行了研究,最后总结了各参量对PDG的影响。结果表明,光纤的PMD值对PDG的影响最为显著。此研究对有效降低FRA系统中由非线性效应所造成的PDG是有帮助的。     

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.     

基于混合抽运喇曼放大的准无损传输系统研究

为了实现信号光在光纤链路上的准无损传输,采用在光纤两端对称注入1阶和2阶喇曼抽运的高阶喇曼放大方法,对该结构下的光纤准无损传输系统建立了理论仿真模型,并对该系统进行了仿真优化,研究了在不同的1阶和2阶抽运功率组合方案下,系统总功率消耗和信号沿光纤功率平坦度的变化,以及信号光功率和光纤长度对系统性能指标的影响。结果表明,采用过高功率（大于1mW）的入射信号光,会恶化系统整体性能;当光纤的长度过长时（大于60km）,系统的平坦度指标恶化明显。采用该方案能实现60km的准无损传输,并且可以通过系统所需能耗和信号平坦度的实际需求,设计出不同的抽运功率组合方案。     

光纤喇曼放大器原理的数值模拟分析

为分析光纤喇曼放大器的原理,基于已有的耦合微分方程,采用数值解法,对不同抽运光强下不同长度光纤所产生的受激喇曼散射现象进行数值模拟,并对模拟结果作了详尽分析。发现:发生受激喇曼散射现象时,抽运光强和光纤长度发生兑换;能量红移现象普遍存在,包括同阶Stokes光谱内部和不同阶的Stokes光谱之间。抽运光强越大,能量红移现象越明显。此结论比文献中的实验结果更全面,对相关实验有指导作用,为光纤喇曼放大器和光纤喇曼激光器等器件的原理理解和优化设计提供了有益的参考。     

Numeric Simulation of Fiber Raman Amplifier＇s Principle

为分析光纤喇曼放大器的原理,基于已有的耦合微分方程,采用数值解法,对不同抽运光强下不同长度光纤所产生的受激喇曼散射现象进行数值模拟,并对模拟结果作了详尽分析。发现：发生受激喇曼散射现象时,抽运光强和光纤长度发生兑换;能量红移现象普遍存在,包括同阶Stokes光谱内部和不同阶的Stokes光谱之间。抽运光强越大,能量红移现象越明显。此结论比文献中的实验结果更全面,对相关实验有指导作用,为光纤喇曼放大器和光纤喇曼激光器等器件的原理理解和优化设计提供了有益的参考。     

铜蒸气激光在单模光纤中产生的受激喇曼散射

光纤是一种很好的非线性介质,光纤中的受激喇曼散射(SRS)已有大量的研究报道。对于铜蒸气激光(CVL)的高重复率、高平均功率等特点,我们研究了铜蒸气激光泵浦产生的单模光纤中的受激喇曼散射。 用重复率为6kHz、最高平均输出为10W的CVL作泵浦光,通过一焦距为6cm的正透镜耦合进入单模光纤。单模光纤长为7m,芯径为5μm,光纤芯为GeO_2掺杂的石英玻璃。最后用1200条/mm的0.5M光栅光谱仪观测输出信号。     

基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样

提出了一种新的基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样方法,利用速率方程对全光采样的理论机理进行了阐述.借助该速率方程模型对采样器的输入偏振角、偏振控制器的附加相移和偏振合束器的偏振方向等参数进行了优化设计.计算结果表明,采样器传输曲线具有较好的线性工作范围,能够实现模拟光信号的高速全光采样,且其输入泵浦光功率小于1mW.由于该全光采样的工作原理与全光波长转换类似,而目前的全光波长转换工作速率可达320Gbps,因此该全光采样的采样速率可望达到上百GS/s.     

基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样

提出了一种新的基于半导体光放大器非线性偏振旋转效应的全光采样方法,利用速率方程对全光采样的理论机理进行了阐述.借助该速率方程模型对采样器的输入偏振角、偏振控制器的附加相移和偏振合束器的偏振方向等参数进行了优化设计.计算结果表明,采样器传输曲线具有较好的线性工作范围,能够实现模拟光信号的高速全光采样,且其输入泵浦光功率小于1mW.由于该全光采样的工作原理与全光波长转换类似,而目前的全光波长转换工作速率可达320Gbps,因此该全光采样的采样速率可望达到上百GS/s.     

基于光子晶体光纤的受激拉曼散射全光波长转换研究

基于光纤中前向瞬态受激拉曼散射效应分析理论,利用光子晶体的高非线性特性,对光子晶体光纤拉曼波长转换进行了数值分析,并建立了全光波长转换设计方案的理论模型,给出了设计原理框图及实现方法。用OptiSystem对四路探测光进行波长转换仿真,仿真结果表明:所设计的全光波长转换器同时对四路探测光实现波长转换,转换输出的信号光码型和输入泵浦信号光码型一致,并且所得到的眼图线迹清晰,眼睛张开度良好。论证了该设计方案可行。     

半导体光放大器的增益透明电流测量方法研究

半导体光放大器(SOA)作为全光集成器件的核心,在全光通信和光纤传感等领域中具有重要的应用前景。值得关注的是,半导体光放大器的材料增益透明决定了它的快慢光过渡点和信号增益的起始点,因此准确测量其材料增益透明对应的注入电流,对于SOA的全面应用具有重要意义。提出了一种测量SOA材料增益透明电流的方法,并深入分析了其特点。依据材料增益透明时SOA的输出功率与入射光偏振无关的特性,实验测量了不同输入光功率条件下,入射光偏振态对输出功率影响最小时,SOA的注入电流。利用上述方法,准确地测量出给定波长输入待测SOA的增益透明电流为155mA。该方法为实现其他类型任意波长注入时SOA增益透明电流的测量提供了参考,为其全面应用奠定了基础。     

All-Optical 2 × 2 Switch Based on Kerr Effect in Highly Nonlinear Fiber for Ultrafast Applications

An all-optical ultrafast 2times2 spatial switch able to process signals beyond 160 GHz has been presented. It is based on polarization rotation induced by cross-phase modulation in highly nonlinear fiber. Bar or cross switch configuration can be set by an optical control pump signal. Bit-error-rate measurements in the case of 10-Gb/s nonreturn-to-zero packets confirm the scheme effectiveness and its cascadability. A wavelength dependence lower than 1 dB on the whole C-band, makes the proposed switch suitable for wavelength-division-multiplexing applications     

全光逻辑异或门相位差特性研究

为了改善全光逻辑门的相位差特性,对全光逻辑异或门的相位差进行了研究。采用细化分段模型对量子点半导体光放大器的动态过程进行建模,利用牛顿法和4阶龙格-库塔法求解三能级跃迁速率方程以及光场传输方程,实现了基于量子点半导体光放大器马赫-曾德尔干涉仪结构的全光逻辑异或门;研究了有源区长度、最大模式增益、输入抽运光功率以及输入抽运光脉冲宽度对通过干涉仪两臂探测光相位差的影响,同时讨论了探测光的相位差与输出光功率的关系。结果表明,增大有源区长度、最大模式增益以及输入抽运光功率,均能使探测光相位差增大;随着抽运光脉冲宽度增大,探测光相位差先增大而后趋于平缓,之后不断减小;有源区长度为2.0mm、最大模式增益为3000m-1、输入抽运光功率为5dBm、抽运光脉冲宽度为1.0ps时,最大相位差增加至0.3277π;随着探测光相位差增大,输出光功率增大;通过优化参量可以增大探测光的相位差,而输出光功率会随着探测光相位差的增大而增大。该研究为提高转换信号质量提供了参考。     

G652光纤中背向自发拉曼散射的增益特性

讨论了背向自发Raman散射脉冲在自生分布式G652光纤Raman放大器中传输的增益特性。实验发现，反Stokes Raman（ASR）和Stokes Raman（SR）自生分布式脉冲光纤Raman放大器的阈值抽运峰值功率是25．4W和18．0W。在入射功率为52W时，ASR和SR的增益分别为5．0dB和8．6dB。放大的反Stokes和Stokes背向自发Raman散射光时域反射（OTDR）曲线上放大的阈值时间位置随激发功率的增高前移并具有规律性。放大的ASR背向自发散射强度受光纤温度调制，具有温度效应，已应用于远程分布光纤Raman温度传感器系统。     

High-power CW linearly polarized all-fiber Raman laser

We demonstrate a high-power continuous-wave linearly polarized all-fiber Raman laser. The maximum Stokes output power of 4.7 W at 1120-nm wavelength with conversion slope efficiency of 87% was achieved. It is shown that Raman laser threshold greatly depends on pump polarization degree while Raman laser polarization depends on the design of Raman converter rather than on polarization of the pump laser. Slope efficiency was found to be independent on pump polarization degree.     

基于扫描激光器和光放大的100 km光纤布拉格光栅传感系统

提出了对基于扫描激光器的光纤布拉格光栅(FBG)传感系统进行掺铒光纤(EDF)/双波拉曼混合放大的方法,大幅度提高了该光纤布拉格光栅传感系统的传输距离。该方法以高功率扫描激光器作为光源,采用双波长拉曼放大的方法对信号进行低噪声双向放大,再利用系统中间的两段掺铒光纤,将剩余的拉曼抽运功率用来产生自发辐射光和放大传感信号,使得整个系统能在超长的传感距离上获得良好的信噪比(SNR)。实验表明使用一台扫描激光传感分析仪、一只170mW的拉曼抽运和一只2W的拉曼抽运,可以使传感距离达到100km以上,并且传感系统的光纤布拉格光栅反射信号均能获得超过7dB的良好信噪比,从而实现在超长距离上的光纤布拉格光栅传感。