级联结构的光纤参量放大器研究

论文摘要

光纤参量放大器（FOPA, Fiber Optical Parametric Amplifier）基于光纤中的四波混频（FWM, Four Wave Mixing）效应,具有增益高、噪声系数低、工作波长范围灵活等特点,在光通信系统中可发挥重要作用,因此受到人们的广泛关注。论文围绕级联结构的光纤参量放大器开展工作,具体内容包括：1)根据文献资料,选择合适的光纤参数值,对传播常数利用泰勒级数展开,确定出泵浦FOPA、双泵浦光纤参量放大器（2P-FOPA, Two Pumps Fiber Optical Parametric Amplifier）波矢失配量,对非线性耦合振幅方程组进行数值求解计算,给出光纤不同位置处各光波的传输演变规律。通过分析各光波的相对相位差对信号光的影响,讨论分析了级联结构可以提高参量放大性能的原理。2)对影响两段级联光纤参量放大器（CFOPA, Cascaded Fiber Optical Parametric Amplifier）信号增益、增益带宽等性能参数的因素进行了分析。分析各因素对光放大器性能的影响,并考虑不同参数配置时光纤参量放大器的信号增益及增益带宽等性能的变化情况。在实际应用中可以选择合适的参数,使得光放大器工作在较好状态。3)对多段级联光纤参量放大器的参数进行了优化。通过采用正负波矢失配补偿的方案来级联高非线性光纤（HNLF, Highly Nonlinear Fiber）和单模光纤（SMF, Single Mode Fiber）,即用单模光纤正的波矢失配来补偿高非线性光纤负的波矢失配,来改善恶化的相对相位差。通过数值求解选定合适的补偿光纤长度以及需要补偿的相位失配,从而对影响级联光纤参量放大器中的增益光纤长度、补偿光纤长度等参数进行优化,最终使得在较低泵浦功率的条件下得到较好的信号增益或带宽性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤参量放大器的研究意义
• 1.2 光纤参量放大器的研究现状
• 1.3 本文的主要工作和结构安排
• 第2章 光纤参量放大器的理论基础
• 2.1 参量放大基本原理
• 2.2 工作方式
• 2.3 相位失配
• 2.4 小信号分析结果
• 2.5 数值实现方法
• 2.6 本章小结
• 第3章 影响级联光纤参量放大器性能的因素
• 3.1 两级级联CFOPA模型
• 3.2 泵浦功率及泵浦波长选择
• 3.3 光纤参数
• 3.3.1 非线性系数
• 3.3.2 光纤长度
• 3.4 信号功率
• 3.5 本章小结
• 第4章 级联光纤参量放大器性能的优化
• 4.1 级联时光纤长度与相位补偿
• 4.2 CFOPA的仿真结果
• 4.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文