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宽带光纤拉曼放大器泵浦配置的研究

作　者: 孟超
导　师: 潘炜
学　校: 西南交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光纤拉曼放大器泵浦配置增益平坦粒子群优化超宽带
分类号: TN722
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 101次
引　用: 2次
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内容摘要

当前密集波分复用技术(DWDM)已成为提高光纤通信系统传输容量最有效的技术，掺铒光纤放大器(EDFA)由于其增益带宽等方面限制已难以满足DWDM需要，而以传输光纤为增益介质的光纤拉曼放大器(FRA)由于具有可实现超宽带放大、增益波段由泵浦波长决定、能够进行分布式放大、噪声性能好等优点得到广泛关注，日益成为研究热点。由于单波长泵浦FRA的增益曲线很不平坦，为获得更宽和更平坦的增益谱，一般采用多波长泵浦，并且需要优化设计FRA的泵浦配置。本文对宽带光纤拉曼放大器的泵浦配置做了研究。首先，基于经典的Runge-Kutta算法反复迭代求解FRA的功率耦合方程，求解过程中综合考虑了信号衰减、信号光、泵浦光以及各种噪声之间的各种相互作用，相比于其它求解方法，该方法求解精度更高，并且取得了较快的收敛速度。其次，应用粒子群优化算法(PSO)优化反向多波长泵浦FRA的泵浦波长和泵浦功率，在改进优化算法的基础上，仅仅应用6个泵浦波，得到的增益带宽达100nm，最大增益波动小于0.6dB的拉曼平坦增益谱。与国内应用其它优化算法得到的结果相比，无论增益谱宽度还是增益平坦度都处于较优状态。最后，研究了增益谱宽超过100nm的超宽带FRA的优化设计。一开始讨论了在宽带FRA优化设计中影响其增益平坦度的几个重要参数，分析表明，宽带FRA的增益带宽、增益大小以及增益平坦度三者存在制约关系，设计中需要合理平衡三者关系；接下来讨论了拉曼放大器的噪声特性以及抑制方法；最终优化仿真中，应用12个泵浦波，优化设计得到了一种增益谱涵盖大部分S波段，几乎全部的C波段和L波段，平坦增益带宽135nm的超宽带FRA。仿真结果表明，FRA能够独立实现超宽带放大，其增益带宽具有其它类型光放大器无法比拟的优势，必将成为未来超宽带光放大器的一种重要选择。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 研究光纤拉曼放大器的相关背景  9-11
  1.2 国内外光纤拉曼放大器泵浦配置研究相关介绍  11-13
  1.3 论文组织结构  13-14
第2章宽带光纤拉曼放大器的基础理论  14-22
  2.1 光纤拉曼放大器的工作原理  14-16
  2.2 光纤拉曼放大器的基本结构  16-19
  2.3 光纤拉曼放大器的增益特性  19-21
    2.3.1 增益饱和特性  19-20
    2.3.2 增益带宽特性  20-21
  2.4 小结  21-22
第3章宽带光纤拉曼放大器泵浦配置的优化设计  22-44
  3.1 多波长泵浦光纤拉曼放大器的数学模型  23-25
    3.1.1 多波长泵浦光纤拉曼放大器的数学模型  23-24
    3.1.2 多波长泵浦光纤拉曼放大器数学模型中参数的讨论  24-25
  3.2 多波长泵浦 FRA 数学模型即功率耦合方程的求解  25-31
    3.2.1 已有数值求解方法  26-27
    3.2.2 反复迭代 Runge-Kutta 算法  27-31
  3.3 宽带多波长反向泵浦 FRA 泵浦波长和泵浦功率的优化  31-43
    3.3.1 已有优化算法  32-34
    3.3.2 粒子群优化算法优化设计宽带 FRA 的泵浦配置  34-39
    3.3.3 粒子群改进算法优化泵浦配置结果  39-43
  3.4 小结  43-44
第4章超宽带光纤拉曼放大器的优化设计  44-61
  4.1 研究超宽带光纤放大器的背景和意义  44-46
  4.2 已有超宽带光放大器的设计方案  46-47
  4.3 超宽带 FRA 设计中影响增益平坦性几个参数的讨论  47-50
    4.3.1 泵浦功率大小对增益平坦性的影响  47-48
    4.3.2 拉曼增益谱半值全宽对增益平坦性的影响  48-49
    4.3.3 信号发射功率对增益平坦性的影响  49-50
    4.3.4 小结  50
  4.4 宽带光纤拉曼放大器的噪声性能分析  50-55
    4.4.1 放大器自发辐射噪声(ASE 噪声)  51-53
    4.4.2 串话噪声  53-54
    4.4.3 瑞利散射噪声  54
    4.4.4 小结  54-55
  4.5 超宽带光纤拉曼放大器的优化设计  55-60
    4.5.1 优化算法设计  55-57
    4.5.2 优化仿真结果  57-60
  4.6 小结  60-61
结论  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-69
缩略词  69-70
攻读硕士学位期间发表论文  70

宽带光纤拉曼放大器泵浦配置的研究

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