宽带双泵浦光纤参量放大器的优化设计.pdf.docVIP

------------------------------------------------------------------------------------------------ —————————————————————————————————————— 宽带双泵浦光纤参量放大器的优化设计.pdf !*!’ 卷!第!!期!#$$年!!月!第! 宽带双泵浦光纤参量放大器的优化设计 张晓晨!姜!淳 上海交通大学先进光通信系统与网络国家重点实验室!上海%%%*% 摘要!!对一种由两段高非线性光纤级联构成的双泵浦光纤参量放大器!W]Q;的数学模型进行了推导及数值分析#并借助遗传算法对相应参数进行了优化#数值模拟结果表明#当输入总功率为%#(S时#由两段高非线性光纤构成的光参量放大器可以在!(%%$!$%%2,频带范围内实现均值为!%lt;G#波动幅度在%#amp;lt;G以内的增益谱#关键词!!光纤参量放大器!增益特性!双泵浦遗传算法效应的光纤参量放WSR%!!近年来!基于四波混频$大器$得到了广泛研究#较之掺铒光纤放大器W]Q;%$及光纤9!W+=W;%-,-2放大器$W9;%]Q;在光通信系统中能够在更宽频带内实现更高增益的放大作用#此外!W]Q;还具有波长转换(高速全光信号采样(高重复率脉冲序列生成及时分复用等诸多有益特 *(’!性amp;#当然!在波分复用传输系统中!增益谱平坦 益谱的特性进行了数值分析!并借助遗传算法对相应参数进行了优化#与以前发表的文献中仅以光纤长度及二阶色散参数作为优化参数不同!此处泵浦频率间隔及四阶色散系数也将作为重要的优化参数!而且四阶色散值接近目前实验室实际所得光纤#通过优化设计表明#当输入总功率为%#(S时!由两段高非线性光*!纤构成的光参量放大器可以在!(%%$%%2,频带范围!波动幅度在%内实现均值为!%lt;G#amp;lt;G以内的增益谱# 度对信号的均衡放大具有决定性的作用#然而!此前的一些研究表明!结构简单的单泵浦W]Q;难以在较 !’!$宽频带内满足增益平坦的要求amp;#为此!可采用两种 $!数学模型推导 为分析光纤中各参量对增益谱的影响并能在给定增益谱宽和平坦度要求的前提下成功实现各参数的优化!本节由基本的波的传播方程出发!推导了由数段光纤级联构成的光参量放大器之数学模型# 为方便说明!按照习惯!将两个泵浦相关参量下标为!!!信号光为*!闲置光则为amp;#如#-!与---指两个泵浦的频率!*指信号光频率!amp;指闲置光频率#由两个频率各异的泵浦$驱动--!2%的]Q;称双泵浦]Q;!而仅由一个泵浦$--!k%驱动的]Q;则称单泵浦]Q;#单泵浦及双泵浦情况也可分别称简并模式及非简并模式# 借助微扰法求解包含高阶色散系数的非线性P86?olt;.2gt;?方程!可以得到关于单泵浦W]Q;的3 行之有效的方法进行改善!其一为使用中心频率位于第一级光纤零色散点位置呈对称分布的双泵浦代替单 *A’O 其二则为将数段具有不同长度及零泵浦作驱动amp; %色散波长$的高非线性色散位移光纤$进V=S%N:TW行级联!借助遗传算法对各段N:TW的参数进行优化#单泵浦四段光纤级联情况下!理论上已实现*%%2,平稳带宽!而双泵浦三段光纤级联情况下!理论上已实现 % #最近!在双波长泵浦有两级超平amp;%%2,平坦带宽! 坦色散和高非线性光纤级联的放大器中已获得amp;%%2,的’!!平坦带宽amp;!这些研究结果都是基于四阶色散为c!lc$amp;!%,c!数量级的超平坦色散光纤上进行设计41MI 的#本文对一种由多段光纤级联构成的双泵浦光纤光 amp;’ 参量放大器$的精确模型进行了推导!对所得增W]Q;% %%()%*)!’收稿!%%()%$)%$收修改稿! 批准号#$%%*OO%*!国家自然科学基金资助项目$ #M),-./545Z54M@7#gt;lt;7#82!+!4^0 卷!第!!期!#$$年!!月!第! !*!A *’ 一系列数学模型amp;#而以下则将对双泵浦情况的数c\% 当满足%相乘的项均可忽略若不c(!时!与gt; 学模型进行详细推导# 波的传播方程之基本形式如下# !#cY\#% 8:: 满足此条件!则由$!$式可写出关于?*$和amp;%(%c% 的转移矩阵表达式!即$?amp;c% $%! %?*$c%?