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增益控制及超宽带EDFA的研究

作　者: 张昊
导　师: 袁树忠；刘艳格
学　校: 南开大学
专　业: 光学
关键词: 波分复用光时分复用光纤放大器掺铒光纤放大器超宽带放大器超荧光光源多波长掺铒光纤激光器光衰减器传感器增益控制增益平坦噪声优化光纤环镜双折射光纤环镜 M-Z干涉仪光纤光栅双折射光纤光栅
分类号: TN929.1
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

掺铒光纤放大器的出现是光纤通信发展史中重要的里程碑,EDFA使用全光中继来代替了光-电-光中继,极大地降低了系统的成本和延长了信号传输的距离,同时还推动了WDM/DWDM通信系统的整体发展。WDM/DWDM通信系统的发展又需要EDFA具有更大的带宽、优良的增益和噪声特性和增益控制等功能。基于上面的情况,并结合天津市重点基金项目——智能光纤放大器光源的研究、天津市重点基金项目——(C+L)超宽带掺杂光纤放大器和南开-达尔泰(天津)项目——开发增益平坦的掺铒光纤放大器等课题,论文主要围绕新型增益控制EDFA、增益控制用光源、多波长激光器及可调光衰减器、EDFA性能优化和超宽带EDFA等方面进行了理论和实验研究。主要工作如下:1.首次提出了基于双折射光纤环镜优化L-band EDFA噪声性能的方案。利用双折射环镜的梳状反射特性抑制双通EDFA的ASE,从而使放大器的噪声性能得到了明显改善。基于双折射光纤环镜的L-band EDFA比用普通光纤环镜的放大器的平均噪声低3.7dB。2.首次提出基于光纤起偏器和双折射光纤环镜的多波长掺铒光纤激光器。通过双折射光纤环境反射器和光纤起偏器来控制腔内偏振态,实现了利用偏振烧孔效应的多波长掺铒光纤激光器。实验中获得了4波长和5波长的稳定的激光输出,其波长间隔小于2nm。另外,我们还利用光纤起偏器和双折射光纤构成Lyot滤波器作为选频器件,同时通过利用腔内双折射增强偏振烧孔效应构成了可以获得稳定双波长输出的线形腔掺铒光纤激光器。实验上得到了两组间隔分别为3.44nm和1.56nm的L波段双波长激光,而且通过调整偏振控制器还得到的由1599.28nm~1605.84nm的五个单波长激光。3.首次提出利用前置放大器提高双通EDFA增益与噪声性能的方案。通过在基于普通光纤环镜的L-band EDFA前面加入一段已被泵浦的铒纤提高了输入端的铒离子的粒子数反转程度,使普通的双通L-band EDFA性能得到了改善。同普通双通放大器相比,在约1568nm~1594nm的范围内,加入前置放大器的L-band EDFA的增益提高了2.3dB~12.6dB,而噪声系数降低了2.2dB~23.9dB。4.提出了一种基于光纤环形镜对L-band EDFA增益控制的方法。输入信号光功率在约-40dBm~-15dBm的范围内,1595nm处反馈光衰减量为0时的增益波动和饱和输出功率比衰减量为4dB(控制光强度较弱)时的情况分别降低了0.33dB

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-29
  1.1 光纤通信系统发展概况  13-15
    1.1.1 时分复用（TDM）与波分复用（WDM）技术  13-15
  1.2 WDM 系统的热点问题  15-20
  1.3 EDFA 在光纤通信系统中的优势及发展方向  20-22
    1.3.1 EDFA 的主要优势  20-21
    1.3.2 EDFA 的发展趋势  21-22
  1.4 EDFA 的增益控制技术进展  22-26
    1.4.1 EDFA 增益控制技术产生的背景  22
    1.4.2 EDFA 增益控制技术进展  22-26
      1.4.2.1 三种增益控制手段的比较  22-24
      1.4.2.2 光自动增益控制的发展概况  24-26
  1.5 本文的主要研究内容  26-29
第二章 EDFA 增益控制的研究  29-45
  2.1 EDFA 增益控制的主要方法和基本理论  29-34
    2.1.1 EDFA 增益控制的主要方法  29-30
    2.1.2 EDFA 增益控制的基本理论  30-34
  2.2 基于光纤环形镜的L-波段增益控制EDFA  34-38
  2.3 用光环形器循环利用ASE 的L-band 增益控制EDFA  38-41
  2.4 利用双折射光纤光栅选频的双波长C-band增益控制EDFA  41-43
  2.5 本章小结  43-45
第三章增益控制用可调光衰减器的研究  45-57
  3.1 可调光衰减器的主要方法  45
  3.2 基于等强度梁调谐的可调光衰减器  45-48
  3.3 基于电压调谐的可调光衰减器及其电压传感的应用  48-51
  3.4 利用光纤微弯损耗原理的可调光衰减器  51-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章增益控制用光源及多波长激光产生方法的研究  57-77
  4.1 光纤激光器的基本理论  57-62
    4.1.1 线形腔光纤激光器的输出特性  57-60
    4.1.2 环形腔光纤激光器的输出特性  60-62
  4.2 L-波段单波长光纤激光器的实验研究  62-68
    4.2.1 循环利用后向ASE 的L-band 掺铒光纤激光器  62-64
    4.2.2 用布拉格光纤光栅和双折射环镜共同选频的可调掺铒光纤激光器  64-68
  4.3 实现稳定多波长掺铒光纤激光器的主要方法  68-69
  4.4 多波长激光器的实验研究  69-75
    4.4.1 基于双折射光纤和起偏器的双波长掺铒光纤激光器  69-72
    4.4.2 基于双折射光纤环镜的多波长掺铒光纤激光器  72-75
  4.5 本章小结  75-77
第五章 EDFA 性能优化的研究  77-90
  5.1 评价EDFA 性能的主要标准  77-78
  5.2 利用级联Mach-Zehnder 干涉仪对EDFA 增益平坦的理论研究  78-82
  5.3 用前置放大器优化L-band EDFA 增益和噪声性能的实验研究  82-85
  5.4 用双折射光纤环镜优化L-band EDFA 噪声性能的实验研究  85-89
  5.5 本章小结  89-90
第六章 C+L超宽带EDFA及光源的研究  90-103
  6.1 C+L 超宽带EDFA 的主要进展  90-93
    6.1.1 串联式结构  90-92
    6.1.2 并联式结构  92-93
  6.2 并联式结构的超宽带 EDFA  93-96
  6.3 利用铒纤后向ASE 的C+L 宽带光源  96-99
  6.4 本章小结  99-100
  总结与展望  100-103
参考文献  103-114
攻读博士学位期间发表及待发表的学术文章  114-117
致谢  117

增益控制及超宽带EDFA的研究

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