大功率單頻多芯光纖放大器中抑制受激布里淵散射的分析

研究了反向泵浦光纖喇曼放大器中泵浦和信號的求解方法,并且分析了雙重瑞利散射噪聲的特性,提出了在考慮反向喇曼光放大作用時,雙重瑞利散射噪聲的表達式。給出了在加入光隔離器進行抑制后,雙重瑞利散射噪聲的計算方法,并進行了模擬分析,得出了放置光隔離器的最佳位置。

在考慮了增益介質(zhì)的色散、非線性效應(yīng)、增益以及損耗后,推導(dǎo)出超短光脈沖在分布式光纖放大器中的基本傳輸方程,采用分步傅里葉變換法數(shù)值模擬了皮秒光脈沖的放大傳輸狀態(tài),重點分析了群速度色散和三階色散對光脈沖特性的影響。

學(xué)號10043112姓名黃任軍 第1頁共16頁 哈爾濱學(xué)院答題紙 課程光纖通信2013－2014學(xué)年第1學(xué)期 課程代碼40425012專業(yè)班級電氣自動化10-1班 姓名：黃任軍學(xué)號：10043112 成績評閱人 檢查項目權(quán)重得分 (1)選題意義：文獻分析是否透 徹，選題是否為研究領(lǐng)域的前 沿或熱點話題。 20 (2)學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用價值：論文 結(jié)構(gòu)是否合理，概念是否準確， 論證是否合乎邏輯；分析問題 是否有一定的深度，解決問題 是否有一定的創(chuàng)新。 40 (3)論文摘要：摘要能否簡要地 闡明研究目的、方法、范圍、 結(jié)果及結(jié)論。 20 (4)論文格式：論文格式符合 要求。 10 (5)文獻引用：文獻格式是否規(guī) 范，引用是否夠全面。 10 合計100 學(xué)號100

利用連續(xù)光纖激光器為泵浦源,對單模石英光纖中的受激喇曼散射進行了實驗研究在較低功率泵浦下,觀察到由自發(fā)喇曼散射向受激喇曼散射演化的過程中,光譜不斷變窄;當stokes波信號功率較強時,觀察到光譜峰值相對于泵浦波的頻移量從440cm-1轉(zhuǎn)化到490cm-1在改進耦合系統(tǒng)后,不僅觀察到一級喇曼頻移,并且觀察到了高階stokes光在產(chǎn)生多級喇曼光譜時能量移動比較復(fù)雜,每兩級的喇曼頻移間隔并不完全相同

根據(jù)不同的泵浦方式,對多模光纖放大器運用多模速率方程組,采用四階龍格-庫塔法數(shù)值計算和分析了在不同泵浦方式下的泵浦效率和信號光在光纖放大器中的傳輸、放大行為,并研究了在光纖放大器光纖長度有微小變化(mm量級)的情況下,輸出光的光束質(zhì)量與光纖長度的關(guān)系。結(jié)果表明:輸出信號光的光束質(zhì)量因子隨光纖長度微小變化而呈準周期變化,周期與信號光耦合入光纖放大器的本征模式間的傳播常數(shù)差有關(guān)。

為適應(yīng)當代信息社會的高速發(fā)展,基于高速光纖通訊系統(tǒng)的高速信息傳輸設(shè)備也在不斷發(fā)展和完善,本文以高速光纖通訊系統(tǒng)中的光纖放大器為主要分析對象,簡要概述光纖通訊的發(fā)展史,并綜合討論高速光纖通訊系統(tǒng)中使用光纖放大器的優(yōu)勢、類型及其相應(yīng)的發(fā)展前景及未來展望.

在以yag倍頻激光器為光源進行階躍型單模石英光纖的受激喇曼散射實驗中發(fā)現(xiàn),隨斯托克斯波級次的增高,產(chǎn)生的模式為光纖所能傳輸?shù)淖罡唠A模式。由于光纖中介質(zhì)對不同的波長具有不同的色散效應(yīng),因此,對能形成導(dǎo)模的斯托克斯波要求其要同時滿足色散效應(yīng)和受激喇曼位相匹配這兩個條件,才能在光纖中傳輸。根據(jù)理論計算能夠很好地解釋實驗現(xiàn)象。

在以yag倍頻激光器為光源進行階躍型單模石英光纖的受激喇曼散射實驗中發(fā)現(xiàn),隨斯托克斯波級次的增高,產(chǎn)生的模式為光纖所能傳輸?shù)淖罡唠A模式。由于光纖中介質(zhì)對不同的波長具有不同的色散效應(yīng),因此,要求形成導(dǎo)模的斯托克斯波能同時滿足色散效應(yīng)和受激喇曼位相匹配這兩個條件,才能在光纖中傳輸。根據(jù)理論計算能夠很好的解釋實驗現(xiàn)象。

利用光纖中的布里淵散射光頻移與溫度和應(yīng)變呈線性關(guān)系的原理,提出了一種基于自發(fā)布里淵散射的雙支路分布式光纖傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用不同種類光纖的布里淵頻移差別,同時對兩條線路的應(yīng)力和溫度進行監(jiān)測,實現(xiàn)對被測對象多方位的同時測量,縮短了探測時間,提高了工作效率。本文實現(xiàn)了兩路光纖的同時監(jiān)測,用6km的光纖作為傳感介質(zhì),獲得了4m的空間分辨率。得到的實驗結(jié)果表明,提出的系統(tǒng)能準確判斷40ns脈沖光在兩路傳感光纖沿線產(chǎn)生的自發(fā)布里淵背向散射光譜的中心頻率變化。

研究了百皮秒脈沖在摻鐿雙包層光纖放大器(yddcfa)中的放大特性及非線性效應(yīng)。在1053nm波段,分別對重復(fù)頻率為70mhz的準連續(xù)百皮秒信號和1hz的單脈沖百皮秒信號進行了放大。準連續(xù)脈沖輸入信號平均功率為55mw,譜寬為0.016nm,飽和增益為7.02db,使用法布里-珀羅(f-p)干涉儀測量自相位調(diào)制(spm)效應(yīng)引起的信號光譜展寬為0.01nm。單脈沖輸入信號峰值功率為8.1w,在輸出峰值功率為6950w、增益為29.3db時發(fā)生受激拉曼散射(srs)效應(yīng),利用光纖布拉格光柵拉伸掃描的方法,觀察到spm和srs效應(yīng)引起的光譜變化,利用單模光纖的色散作用分離信號脈沖和斯托克斯脈沖,對srs現(xiàn)象進行了判斷,解決了單脈沖光譜不易觀察的問題。實驗結(jié)果表明,srs效應(yīng)是制約百皮秒脈沖放大的主要因素。

線偏振窄線寬光纖放大器在非線性頻率變換和光束合成等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前,非線偏振窄線寬光纖放大器的輸出功率已經(jīng)突破4kw。相對于非保偏光纖,保偏光纖中的非線性效應(yīng)更強,且模式不穩(wěn)定(tmi)閾值更低。因此,基于保偏光纖實現(xiàn)高功率全光纖線偏振激光輸出更具挑戰(zhàn)性。目前,國際上公開報道的全光纖線偏振窄線寬放大器的輸出功率大多為1.5kw左右。2015年11月,國防科技大學(xué)利用三級級聯(lián)相位調(diào)制方案,實現(xiàn)了1.89kw的線偏振窄線寬激光輸出,但是由于tmi的存在,輸出功率的進一步提升受到限制。

基于已有理論模型,利用1064nm連續(xù)波抽運源在不同抽運光強下對不同長度光纖抽運所產(chǎn)生的受激喇曼散射現(xiàn)象進行數(shù)值模擬,并對模擬結(jié)果作了分析.研究發(fā)現(xiàn):發(fā)生受激喇曼散射現(xiàn)象時,抽運光強和光纖長度發(fā)生兌換;能量紅移現(xiàn)象普遍存在,包括同階stokes光譜內(nèi)部和不同階的stokes光譜之間.抽運光強越大,能量紅移現(xiàn)象越明顯.

利用光子轉(zhuǎn)換理論的受激喇曼散射(srs)耦合方程,結(jié)合雙向多波長泵浦和光纖級聯(lián)兩種方法,提出了一種新型的具有平坦增益的寬帶光纖喇曼放大器(fra)。采用數(shù)值解法對100信道的波分復(fù)用(wdm)系統(tǒng)進行了仿真,得到了寬帶增益平坦的功率輸出,為光纖喇曼放大器(fra)增益平坦化提供了一種新的實現(xiàn)方法。

首先介紹了多波長泵浦的喇曼光纖放大器(fra)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),然后詳細分析了泵浦模塊的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計中考慮的問題,最后討論了泵浦激光器的功率配置問題,以達到設(shè)計所要求的開關(guān)增益、放大帶寬和增益平坦特性等。

為了提高多模光纖放大器輸出光束質(zhì)量,基于多模纖芯中各個模式的傳輸和放大機理,提出了一種新的模式控制方法——增益-損耗控制,通過變化纖芯中摻雜的濃度、形狀和材料,實現(xiàn)對高階模式的抑制。根據(jù)多模纖芯雙包層摻鐿光纖放大器模型,對基于增益-損耗控制的選模特性進行了數(shù)值模擬和實例分析,得到了優(yōu)化設(shè)計方法。結(jié)果表明,該方法可以有效抑制放大器中的高階模,輸出基模功率百分比可達90%以上。

對雙向抽運拉曼光纖放大器(rfa)的噪聲特性、增益飽和及抽運功率轉(zhuǎn)換效率進行了詳細研究。結(jié)果表明,雙向抽運拉曼光纖放大器的噪聲特性介于前向抽運與后向抽運之間,但主要取決于前向抽運方式所導(dǎo)致的噪聲特性;雙向抽運方式的飽和功率低于單向抽運方式的飽和功率,同前向抽運與后向抽運提供的增益比例有關(guān);雙向抽運方式的抽運功率轉(zhuǎn)換效率同信號光功率及前、后向抽運提供的增益有關(guān),當信號光功率較低時,增加前向抽運的比例可取得較高的抽運功率轉(zhuǎn)換效率,而信號光功率較高時,增加后向抽運的比例可取得較高的抽運功率轉(zhuǎn)換效率。研究一種配置(情況3)的雙向抽運拉曼光纖放大器,可以完全補償100km傳輸線路的損耗(包括無源器件的損耗),最低光信噪比為30.21db。

光纖通信放大器

光纖放大器MF-06R規(guī)格書

介紹光纖放大器的類型、放大器的應(yīng)用方式、中繼段增長的計算方法以及光纖放大器在工程應(yīng)用中的注意事項.

以自行研制的大能量單縱單橫電光調(diào)q激光系統(tǒng)作為抽運源,在小尺寸(2cm×2cm×4cm)的熔融石英玻璃樣品中實現(xiàn)了強烈發(fā)展的受激布里淵散射(sbs)過程,在工作介質(zhì)無損傷的情況下,相位共軛波能量高達110mj,反射率約為60%.還研究了sbs能量反射率與入射角之間的關(guān)系,證實了此前提出的“自供種子光(self-stokes-seeding)”效應(yīng)的存在.提出了雙棒串接的構(gòu)型,得到了更為高效的sbs過程.

在變步長的龍格庫塔法的基礎(chǔ)上,提出利用打靶法,通過先猜測再修正的逐漸逼近的方法來確定計算初始值,進而求解雙向泵浦喇曼放大器的功率耦合方程。并利用此算法對三泵浦波長的喇曼放大器進行優(yōu)化設(shè)計,選擇泵浦波長分別為1427nm、1445nm和1466nm時進行數(shù)值模擬,得到了1db帶寬35nm左右的較好的增益平坦度。

運用工程化摻鉺光纖放大器模擬理論方法，基于國產(chǎn)１４８０ｎｍｌｄ泵源和國產(chǎn)ｅｒ＾３＋／ａｌ＾３＋共摻雜光纖，從理論和實驗上分析比較了新型兩段級聯(lián)泵浦與普通單段雙泵兩種結(jié)構(gòu)ｅｄｆａ的增益、功率和限幅特性。兩段級聯(lián)ｅｄｆａ比單段ｅｄｆａ的增益、３ｄｂ飽和輸出功率和動態(tài)范圍分別提高了５ｄｂ、１ｄｂ和１２ｄｂ，泵浦光轉(zhuǎn)換效率改善了２０％。