摘要：光纤参量放大器是一种新型光信号放大器，其具有平坦高增益、宽带宽和低噪声的优良性能，在未来光纤通信系统中极有可能取代拉曼放大器和掺铒光纤放大器。本文从光纤中的非线性耦合方程出发，建立参量放大模型，并且利用Matlab软件进行仿真。论文对比研究了影响单泵浦光纤参量放大器增益性能的因素，提出了提高放大器增益性能的方法。83657

毕业论文关键词：四波混频；参量放大；增益

Gain characteristic research of single-pump fiber parametric amplifier

Abstract: Fiber parametric amplifier (FPA) is one kind of new optical signal amplifiers, for its flat high gain, broad bandwidth and low noise, FPA is very probably to take place of Raman amplifier and EDFA。 Based on the nonlinear coupled equations, parametric amplification model is built, and simulations are taken with the Matlab。 Different factors related with the gain characteristic of single-pump FPA are researched comparatively, and ways to enhance the gain characteristic of FPA are proposed in this thesis。

Key Words: Four-wave mixing; Parametric amplification; Gain

目    录

摘要 1

引言 1

1。 研究背景和论文主要内容及工作安排 1

1。1 光纤参量放大器的发展及现状 1

1。2 论文的主要内容和安排 3

2。 光纤参量放大器基本理论 3

2。1 光参量放大过程 3

2。2 本章小结 7

3。 单泵浦光纤参量放大器增益性能的研究 8

3。1 增益特性 8

3。2 单泵浦FOPA的小信号增益特性 9

3。3 影响单泵浦FOPA的增益性能的因素 10

4。 结束语 12

4。1 论文总结 12

4。2 论文展望 12

参考文献 13

致谢 15

单泵浦光纤参量放大器增益性能的研究引言

在现代光纤通信中，光信号的中继放大是一个不可回避的问题。区别于传统的如光纤拉曼放大(FRA)掺铒光纤放大(EDFA)等光放大方式，光纤参量放大(FOPA)采用的是一种新型的通信光放大原理。它基于四波混频(FWM)这一非线性光学效应，且具有大工作带宽、较高的增益、低噪声系数等显著优势。论文网

1。 研究背景和论文主要内容及工作安排

1。1 光纤参量放大器的发展及现状

目前常见的并被运用于光纤通信的光放大器件大致可以分为四种。第一类是半导体光纤放大器(SOA)，第二类是光纤拉曼放大器(FRA)，第三类是掺铒光纤放大器以及最后一种光纤参量放大器。SOA大概是其中第一个被发明并在实际中被运用的，SOA虽然在一些通信窗口比如原始波段以及常规波段都具有良好的工作性能，除此之外较小的体积，十分简单的结构也是其明显的优点。不可避免的SOA也存在一些难以回避的缺点，例如与光纤的藕合比较大的损耗，不够理想其噪声特性等等制约了它的广泛使用。接着科学家们运用一种叫作受激拉曼散射(SRS)的光纤中非线性光学效应做出了FRA，和SOA相比较大的放大带宽以及噪声指数比较低等优点明显，但它的缺点也同样不容忽视，较低的增益系数和相对较低泵浦效率等从而在一定程度上成为限制它被广泛应用的因素。在目前光通信系统中EDFA是最为广泛应用的光放大器，光纤通信能够实际得到应用在很大程度上是与EDFA的出现和发展分不开的，但由于通信系统对带宽的需求和信息量增加的速度越来越快，EDFA因为其自身局限性越来越难满足通信系统快速发展得需要。在1980初期，关于光纤参量放大的可行理论和基础的实验研究在国内外的一些研究机构就已经开始。比如说，在1980年K。Washio等人使用1300nm的脉冲光做为泵浦源，在达到满足相位匹配条件下得到了参量放大增益[1]。此后相关的研究报道也曾陆续出现，由于被当时还比较不足的实验条件所制约，得不到比较理想的结果。但是随着大量新型的通信用光电子器件的出现以及原有器件性能的提高例，特别是在1986年高非线性光纤被日本电报电话公司（NTN）研制成功，才把使用参量效应使弱光得到放大的过程慢慢的在实验室成功实现。而且关于光纤参量理论的特性的一些估计值在实验室中得到验证。在这之后对光纤参量放大器的实验研究进入蓬勃发展的时期，1996年，M。E。Marhic等人在斯坦福大学实验室中首次使用参量放大的方法得到了在单泵浦条件下放大带宽为35nm以及放大增益为15dB的实验结果[2]，在他们发表的这篇论文中，他们提出的放大介质是一段长度为200m的光纤。这种光纤是色散位移光纤(DSF)，它的非线性系数是，设定的零色散波长值是1560nm。在此之后，研究人员通过与EDFA的结构的对比，开始尝试对多段级联光纤参量放大的理论实验研究。Kenneth K。Y。Wong等人在2003年得到增益峰值为60dB的实验中采用的方式是两段500m的非线性光纤进行级联[3]。随着理论探索和验证的进一步加深，科研人员为了验证工作做了很多的实物实验，Naylael Dahdah和Michel E。Marhic等人在2012年作了关于光纤参量放大器被运用在波分复用系统的表现评估，通过改变光放大器在光通信系统中的放置，得到了各中条件下的系统误码率等并进行分析[4]。