光纤放大器及其应用（下）

４光纤放大器的应用４１光纤放大器的类型根据放大器的工作情况,光纤放大器有３种类型:（１）功率放大器,直接用在光发送器之后,以进一步将光发送器输出的光信号加以放大,得到更高的光功率输出。功率放大器应工作在深饱和区,要求保持适中的增益和噪声系数下,能提供尽可能高的光功率输出。（２）前置放大器,直接用在光接收器之前,将要入射进光检测器的微弱光功率预先放大,再送入光接收机,以改善光接收机的灵敏度。前置放大器往往是低噪声器件,工作在小信号的区域（信号输入功率可低到-４０ｄＢｍ以下）。（３）线路放大器,用于２个无源光纤段…     

光纤参量放大器的最新进展

从单抽运和双抽运光纤参量放大器两种结构展开论述,着重介绍了光纤参量放大器对信号的放大能力及双抽运光纤参量放大器作为波分复用或密集波分复用系统放大器的可能性和所面临的问题,表明具有高增益和宽带宽的光纤参量放大器有可能成为新一代的光放大器.最后介绍了波长转换器方面的最新进展及双抽运偏振态相互正交时的光纤参量放大器在波长转换方面的独特性能.     

掺铒光纤放大器多信道增益谱迭代测试法

针对多信道放大时掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）的增益谱随饱和深度而变化的现象，本文介绍了ＥＤＦＡ增益谱在等效饱和条件下的双波长和宽谱光源迭代测试法及等效饱和信号功率的计算公式．使用这种方法只需少数几次迭代即可准确测出当ＥＤＦＡ应用于波分复用系统时各信道的实际增益，实验测得结果的误差不大于０１５ｄＢ．     

光纤放大器扩展网络的功能

为开发光纤在整个几太赫带宽的功能，波分复用（WDM）需在同一光纤上传输几个波长的信号。但这种重要新技术如果没有现在已进入广泛商业应用的技术——光纤放大器是不现实的。通过在一个宽窗口对与波长或信号编码无关的所有信号的放大，光纤放大器可以扩大通讯网络的传输容量而无需安装新的光纤或中继器。任何长距离光通讯网络都需用某些类型的中继器来放大传输信号，以抵消即便是最透明光纤中出现的不可避免的衰减。开始时，这种放大器是一种光电中继器，即使光信号转换成电信号的探测器和使电子脉冲再成形的电路以及被电信号调制的传送…     

光纤放大器技术

光纤放大器概述 光纤放大器不但可对光信号进行直接放大,同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能,是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件;由于这项技术不仅解决了衰减对光网络传输速率与距离的限制,更重要的是它开创了1550nm频段的波分复用,从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输     

掺饵光纤放大器多信道增益谱迭代测试法

针对多信道放大时掺饵光纤放大器（ＥＤＦＡ）的增益谱随饱和深度而变化的现象,本文介绍了ＥＤＦＡ增益谱在等效饱和条件下的双滤长和宽谱光源迭代测试法及等效 饱和信号功率的计算公式。使用这种方法只需少数几次迭代即可准确测出当ＥＤＦＡ应用于波分复用系统的各信道的实际增益,实验测得结果的误差不大于０．１５ｄＢ。     

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。     

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。     

高功率光纤激光器反向光放大和损伤特性数值分析

利用速率方程模型对主振荡?功率放大器结构的1 μm波段掺镱（Yb）高功率光纤激光器中存在连续波反向信号光时的功率特性进行了理论分析,结果显示反向信号光功率会被高功率激光放大器所明显放大,10 kW级的光纤激光器中,100 W的反向信号经过放大器后功率会被放大至kW量级;与此同时,反向信号放大过程对反转粒子数的消耗会导致激光器的正向输出功率的严重下降。另外,反向信号放大也会导致放大器输出端的激光功率过强,加剧泵浦吸收和受激发射过程,增加该处的热负载、导致温度大幅上升100 ℃以上,对稳定性产生潜在影响。反向信号导致振荡器提供的正向种子光功率波动和下降时,正向信号不能充分饱和有源光纤中的增益,会进一步加强反向信号在主放大级中的放大作用,进而对系统造成更严重的影响。提高正向种子光功率、增强正向信号对激光增益的饱和作用,有助于抑制反向信号的放大过程,但需综合考虑种子源稳定性、热负载、热致模式不稳定和受激拉曼散射等因素合理选择种子光功率。     

多波长掺铒光纤激光放大器的放大特性研究

为了研究多波长掺铒光纤激光放大器的放大特性,在单频放大器的基础上,忽略放大自发辐射,推导了描述多波长掺铒双包层光纤放大器的稳态速率方程组,建立了多波长掺铒光纤放大器的理论模型。利用该模型对单波长放大、双波长放大、四波长放大的特性,进行了数值模拟和理论分析;以四波长的激光信号放大为例,对多波长掺铒光纤放大器的放大特性,均衡增益特性进行了研究。结果表明,在单波长注入情况下,光纤放大器的掺杂光纤存在最佳光纤长度为8m;与小信号放大不同,大功率掺铒光纤放大器在1530nm~1560nm之间增益谱趋于平坦;双波长放大输出功率差随着波长间隔的增加线性增大波长间隔为20nm时,通过调节输入信号功率比可以实现最大功率差6.855W的功率均衡补偿;四波长放大时,通过信号功率配比之后的四波长激光输出功率最大偏差为0.28W,在一定范围内实现了均衡增益。这一结果对于掺铒光纤激光的多波长激光输出以及在激光多普勒测风雷达中的应用具有一定帮助。     

波分复用系统中掺铒光纤放大器增益谱特性的实验研究

利用已有４×２５Ｇｂ／ｓ波分复用光纤传输实验系统进行了３×１５０ｋｍ四级掺铒光纤放大器级联传输实验．实验结果得到,由于光纤放大器中掺铒光纤的均匀展宽特性．多路信号同时放大时信道间的增益交叉耦合作用导致各信道增益不同,而影响增益谱特性的根本因素是粒子数反转水平即放大器的饱和深度．     

全光纤高功率Er/Yb共掺双包层光纤放大器

结合Er/Yb共掺双包层光纤(EYDCF)和丰振荡功率放大(MOPA)技术,采用高功率多模抽运方式设计和实验研究了全光纤化两级放大器.分析了放大器的各种性能参数;1550 nm连续光放大得到最大斜率效率为29%,最大输出功率1.52 W,功率稳定度0.4%;2 kHz脉冲放大时得到最大输出功率1.1 W,功率稳定度0.45%,最大斜率效率25%.并从放大后光谱和时域波形分析了导致脉冲放大时斜率效率和功率转换效率较低的主要原因为Yb3+离子波段放大自发辐射(ASE)的出现和Er离子波段ASE的过多积累.在高功率放大时,增益随输入信号功率增大迅速下降;同时结合抽运光频谱随驱动电流变化分析了其对放大器性能的影响.     

新颖的掺铒光纤放大器无源复合组件的研究

报道了一种将光波分复用器与光隔离器集于一体的适用于掺铒光纤放大器的新颖复合组件。根据复合组件的性能指标对组件的结构参数进行了优化设计。实际制作的复合组件，得到泵浦光插入损耗＜０．６ｄＢ，信号光的插入损耗＜１．５ｄＢ，反向隔离度＞４２ｄＢ，体积为９×４５ｍｍ３。将复合组件用于掺铒光纤放大器中（前向泵浦方式）得到约３０ｄＢ的小信号增益，１０ｄＢｍ的饱和输出功率。     

光纤CATV用掺铒光纤大器的简化分析

在不考虑放大自发辐射（ASE）对掺饵光纤放大器（EDFA）饱和特性影响的条件下,推出了掺饵光纤放大器（EDFA）三能级系统功率传输的解析表达式,简化了理论分析,所得结果也适用于二能级系统。根据该简化分析方法具有计算了前向泵浦时光纤CATV用掺饵光纤放大器（EDFA）的信号增益曲线。计算表明,当信号增益约在25dB以下,即在光纤CATV用掺饵光纤放大器（EDFA）的工作范围内,简化分析所得的计算结果与较精确的数值计算结果一致。     

基于不平衡损耗非线性光纤环镜的双波长功率均衡实验研究

在波分复用（WDM）光纤网络中，存在很多因素会造成信道间的功率差异。针对波分复用光网络中功率均衡的需求，提出了利用带有不平衡放置的损耗结构的非线性光纤环镜（NOLM）来实现多信道功率均衡的技术方案。理论上分析了该方案利用自相位调制（SPM）效应产生均衡作用的基本原理，指出了该方案所能达到的最佳均衡指标。通过两波长10Gb／s幅度调制信道的实验，观察了不平衡损耗结构非线性光纤环镜（L-NOLM）的输出功率的变化过程，验证了它的均衡效果，当输入信道功率差异为7dB时，输出信道功率最大差异不超过2dB。该方案结构简单，无需解复用、复用，响应速度快，具有自适应均衡的特点。     

全光纤结构高增益脉冲光纤放大器的实验研究

为了探讨多级级联掺镱光纤放大器的脉冲放大特性,采用主振功率放大技术(MOPA),实验研究了3级级联、全光纤结构的高增益脉冲激光放大器。通过优化各放大级增益光纤的长度和抽运光功率的大小,在保证高放大增益的同时,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自生激光振荡,并对第2放大级进行了结构优化。在脉冲激光放大过程中实现了中心波长1064nm、脉冲宽度19ns、重复频率5kHz、峰值功率3.8kW、总放大增益达43.8dB的稳定激光输出。同时,制作完成了1台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,对重复频率1Hz的低频脉冲信号进行了放大实验,也得到了43.2dB的输出信号增益。结果表明,本脉冲光纤放大器对低频脉冲信号有很好的放大效果。     

全光纤结构的脉冲光纤放大器

结合双包层掺镱光纤(YDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术,利用熔融拉锥的光纤侧面耦合器,设计和实验研究了全光纤结构的脉冲光纤放大器。在不同重复频率时,通过放大脉冲激光的输出光谱,对输出脉冲激光中的剩余抽运光和受激拉曼散射光功率进行了修正;并研究了激光脉冲的时域特性,以及在脉冲放大过程中对输出激光脉冲宽度的压缩作用。获得输出放大脉冲激光的主要参数:峰值波长为1075 nm,脉冲宽度为18~300 ns,重复频率为5~20 kHz,峰值功率达9.87 kW,斜率效率达52.2%,光束质量M2=2.0。同时,制作完成了一台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,其最大外形尺寸为370 mm×270 mm×90 mm。     

高效率纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大器

搭建了输出1535nm激光的铒镱共掺光纤放大器,通过注入1064nm信号光以抑制Yb离子波段处的放大自发辐射光,放大后的1535nm最大功率为3.2W。然后利用1535nm激光进行了1570nm种子光纤芯同带抽运铒镱共掺光纤放大实验,研究了在不同功率的抽运光时放大器的输出功率和光谱。当种子光功率为80mW,铒镱共掺光纤长度为5m,1535nm抽运光为2.1W时,放大器最大输出功率为1.22W,斜率效率为58.4%。同时进行了常规的976nm包层抽运1570nm种子光的对比实验。基于同一种子光和相同长度的增益光纤,常规抽运方式的斜率效率为23.7%。实验结果证明了同带抽运方式具有更高的转换效率。     

光纤长度优化的高功率铒镱共掺光纤放大器

为了研究不同增益光纤长度下1555nm高功率光纤放大器的输出功率,采用两级混合结构的方法,用掺铒光纤放大器和双包层铒镱共掺光纤放大器分别作为1级预放大器和2级主放大器。掺铒光纤放大器对信号光进行预放大,并提高放大器的信噪比;双包层铒镱共掺光纤放大器为主放大器,其双包层结构可以把更多的多模抽运光耦合进系统。对铒镱共掺光纤的最佳长度做了理论分析和实验验证,在信号光功率为10mW、掺铒光纤放大器的抽运功率为318.58mW、双包层铒镱共掺光纤放大器的抽运功率为11.71W、增益光纤长度为14m时,输出功率取得了2.11W的实验数据。在分析输出信号光谱时发现,L波段附近有放大自发辐射谱出现,这是选择的增益光纤过长导致的。结果表明,在光功率和信号光功率一定时,光纤放大器有一个最佳的光纤长度。这一结果对研究光纤放大器的高功率输出是有帮助的。     

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。