饱和放大情形下光纤参量放大器的增益和带宽特性研究

利用龙格库塔法数值求解非线性耦合方程,研究了单抽运光纤参量放大器在增益饱和区的增益谱特性.通过比较考虑抽运光损耗与忽略抽运光损耗增益谱的差别,分析了抽运光损耗对增益谱的影响.此外,给出了在饱和放大区,信号光的增益谱与光纤长度、输入信号光功率、抽运光波长与零色散波长偏离之间的关系.发现在饱和放大区,增益的整体水平有所下降,增益谱的可用带宽相对于小信号放大有所减少,增益谱在可用带宽范围内出现了旁瓣.这些结果将对工作在饱和放大区的单抽运光参量放大器的设计提供有益的帮助.     

反向抽运光纤喇曼放大器增益特性分析

将打靶法和龙格库塔法两种数值计算方法相结合，对反向抽运光纤喇曼放大器中信号光和抽运光相互作用的耦合微分方程进行数值求解.在分别选取不同参量且取不同值的条件下，详细分析了光纤长度、初始信号光功率、初始抽运光功率、光纤有效面积、喇曼增益系数及光纤对信号光与抽运光的损耗等参量对增益的影响，最后提出了有效提高增益的方法.     

双向掺铒光纤放大器的特性分析

讨论了双向掺铒光纤放大器的结构方案,利用考虑放大的自发辐和北员耗影响的双向掺铒光纤放大器稳态放大速率方程模型分析的增益与掺铒光纤长度、输入信号光功率、帛运光功率及抽运方式等参数之间的关系,研究了单向和双向等功率抽运下正反向噪声系数随正反向信号光输入功率的变化行为。     

基于光纤拉曼放大的级联式全光纤1020nm光源

设计并制作了输出功率为196 mW的级联式全光纤1020 nm光源.该光源采用光纤拉曼放大器与掺镜光纤放大器级联的放大方案,实现了对低功率1020 nm种子光的放大.在光纤拉曼放大级,采用了3段不同长度的拉曼增益光纤进行了对比实验,比较了一定信号光功率和抽运光功率下拉曼增益光纤长度对光纤拉曼放大级输出功率的影响;测量了...     

分布式反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率分析

为了对反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率进行研究,由耦合方程出发,采用龙格库塔算法和打靶法相结合的数值模拟方法,详细分析所有物理因素对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的影响。结果表明:功率转换效率先随着光纤长度增加而增加,当增加到最大值时保持数值不变;功率转换效率随着初始信号光功率、光纤拉曼增益系数、信号光损耗系数增加而增加,随着光纤有效面积、抽运光损耗系数、抽运光与信号光的频率比增加而减小;功率转换效率和初始抽运光功率呈抛物线曲线关系。所得结论对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的进一步研究以及光纤拉曼放大器的其他相关研究有重要参考意义。     

光纤参量放大增益谱边带快慢光特性研究

针对窄带光纤参量放大(FOPA),区别于以往增益谱的大增益斜率区域,研究了FOPA增益谱边带脉冲信号的快慢光特性.首先从理论上推导出了小信号增益条件下信号延时量的解析表达式;其次,在低抽运功率条件下(1 W),实验研究了10 Gb/s伪随机二进制序列脉冲信号在FOPA增益谱边带的延时特性,实验结果与理论计算基本符合;最后,通过分析研究抽运光功率、光纤色散及非线性系数等参数对信号延时量的影响规律,可以为FOPA增益谱边带的快慢光延迟线的设计提供参考.     

基于高非线性光纤的增益谱平坦拉曼光纤放大器研究

针对光纤通信中密集波分复用系统各信道的在线平坦光放大这一光通信问题,提出利用级联高非线性光纤来设计增益平坦的拉曼光纤放大器。对高非线性光纤(As S光纤)拉曼增益谱前后沿进行线性拟合处理,利用不同波长泵浦抽运同种光纤,实现前放大后增益补偿,并考虑信号光损耗不同,在输出端得到了一个近似固定的功率输出值,并分析了影响拉曼光纤放大器输出特性的因素。模拟结果表明:平均增益为20.45 dB,增益平坦度为0.15 dB。     

强脉冲信号在光纤参变放大器中的放大特性研究

考虑到抽运损耗、走离、色散和非线性等效应,用分步傅里叶方法求解耦合的非线性薛定谔方程组,就强脉冲信号在连续光抽运光纤参变放大器中的放大情况进行了理论研究。研究结果表明,强脉冲信号除经历振幅放大,脉冲时域展宽等过程外,还会发生令人感兴趣的脉冲分裂现象,即一个脉冲信号分裂为两个子脉冲。而且即使在连续光抽运的情况下,走离效应对强脉冲信号的放大也产生了显著影响,即促使两个子脉冲振幅不等以及脉冲漂移。最后,强脉冲信号独特的放大特性用光纤参变放大器的饱和增益特性做了很好的解释,并指出脉冲分裂现象在信号抽样、脉冲压缩、光时分复用系统中有潜在用途。     

脉冲抽运掺镱脉冲光纤放大器理论研究

对主振荡功率放大器(MOPA)方式脉冲抽运双包层掺镱脉冲光纤放大器进行了理论研究,分析了放大中抽运脉冲、激光脉冲和拉曼斯托克斯光脉冲的相互作用过程.对增益光纤中上能级粒子数密度随抽运时间的变化进行了分析,求出了最佳抽运脉冲宽度.随着抽运功率的增加,放大过程中出现的受激拉曼效应(SRS)将抑制激光脉冲能量的增加,当采用最佳抽运功率时激光脉冲的能量可达到最大值.分析了光纤长度、纤芯直径对最佳抽运功率、激光脉冲和一级斯托克斯光脉冲的影响.结果表明,当最佳抽运功率时,采用纤芯较粗、长度较短的增益光纤,可以抑制受激拉曼效应,提高激光脉冲的能量与峰值功率.     

同带抽运高效率光纤放大器

以光纤光栅为谐振腔搭建了波长为1020 nm的光纤激光器,并通过两级级联放大获得了590 mW的最大输出功率. 利用获得的波长为1020 nm的激光进行了波长为1064 nm种子光同带抽运放大,实验研究了不同增益光纤长度时放大器的输出功率和转换效率. 当增益光纤长度为8.5 m时,放大器最大输出功率为385 mW,斜率效率为81%. 进行了波长为976 nm的半导体激光器直接抽运波长为1064 nm种子光的实验. 在增益光纤长度最优时,其斜率效率为56.4%. 实验结果表明,同带抽运方式比传统抽运方式具有更高的转换效率. 研究结果可为波长为1020 nm的激光高功率放大和波长为1064 nm的光纤激光高功率同带抽运放大提供一定的参考. 关键词： 同带抽运 光纤放大器 斜率效率     

Optimized design of two-pump fiber optical parametric amplifier and its noise characteristics

In the paper, based on the pump depleted model of two-pump fiber optical parametric amplifier (FOPA), the simulations are done to indicate the effect of amplifier parameters on gain characteristics, such as the input signal power, the wavelength separation between the two pumps, the fiber length, the nonlinear coefficient and the fourth-order dispersion of fiber. By optimizing the amplifier parameters, when FOPA attains low gain-saturation, the FOPA has a higher gain, a broader flat gain bandwidth and a lower noise figure. However, with the enhancement of gain-saturation the parametric gain decreases, the flat gain bandwidth becomes narrow and the noise figure also increases.     

磁光非线性光纤中光参量增益的研究

将光纤中磁光效应和非线性效应作为微扰,推导了磁光四波混频的耦合模方程.通过解析解研究了各向同性磁光非线性光纤的参量过程,并指出利用磁光耦合系数的色散特性可以实现四波混频的相位匹配.同时,采用龙格-库塔法分析了在线双折射磁光非线性光纤中,忽略费尔德常量的波长依赖性时,左旋圆偏振光参量增益的磁控特性,指出了实验中采用较高费尔德常量的非线性光纤的必要性.研究表明:1)对于低线双折射磁光非线性光纤,优化双折射大小可以获得最大的参量增益;2)根据参量增益对磁光耦合系数的单调依赖特性,适当选择光纤长度、泵浦功率以及输入导波光的偏振态,可使参量增益的磁可调范围大大提高.     

Flat and ultra-broadband two-pump fiber optical parametric amplifiers based on photonic crystal fibers

A two-pump fiber optical parametric amplifier (FOPA) based on the photonic crystal fiber (PCF) in the telecommunication region is investigated numerically. The fiber loss and pump depletion are considered. The influences of the fiber length, input signal power, input pump power, and the center pump wavelength on the gain bandwidth, flatness, and peak gain are discussed. The 6-wave model-based analysis of two-pump FOPA is also achieved and compared with that based on the 4-wave model; furthermore, the gain properties of the FOPA based on the 6-wave model are optimized and investigated. The comparison results show that the PCF-based two-pump FOPA achieves flatter and wider gain spectra with less fiber length and input pump power compared to the two-pump FOPA based on the normal highly nonlinear fiber, where the obtained results show the great potential of the FOPA for the optical communication system.     

Character analysis of slow light with communication waveband in fiber optical parametric amplifier

The comprehensive characters of delay time and delay bandwidth with distortion, signal wavelength dependence and delay bandwidth product in fiber optical parametric amplifier are investigated theoretically when the pump locates at anomalous dispersion region. The delay character of single pulse, data stream with certain bit pattern and pseudo random data stream are analyzed comprehensively. In this category of fiber optical parametric amplifier, the delay time and delay bandwidth product vary from signal wavelengths and bit rates. For the same nonlinear coefficient, pump power and fiber length, the diverse dependences of bit pattern in different signal wavelengths are found by numerical simulation. The impacts of pump power and fiber length on the delay character and distortion are also discussed. These relations are conductive to the design of slow light based on fiber optical parametric amplifier in telecommunication waveband.     

双泵浦光子晶体光纤参量放大研究

利用光子晶体光纤在不同零色散波长附近具有不同色散的特性，研究了在零色散波长为780 nm和1550 nm附近的双泵浦光子晶体光纤参量放大过程.在780 nm附近，讨论了零色散波长变化对双泵浦光子晶体光纤参量放大的影响.数值模拟结果表明:当零色散波长发生微小的变化时，信号增益谱带宽会发生很大的变化.当两泵浦光之间的波长差值减小时，零色散波长的变化对参量放大的影响在很大程度上可以得到抑制，但是增益带宽会有一定的减小.依据这一原理，在1550 nm附近设计光子晶体光纤中的色散平坦光纤参量放大，在5 m长的光子晶体光纤中，当峰值功率为10 W时，得到了增益为65 dB，带宽达到420 nm且极为平坦的增益谱.     

基于四波混频的光纤非线性系数测量方法

为解决四波混频法测量光纤非线性系数未考虑泵浦消耗而导致结果不准确的问题,提出了一种在简并四波混频情况下测量非线性系数的方法.根据光纤中简并的四波混频理论,推导出了考虑泵浦消耗和光纤损耗的椭圆方程.通过设定数值计算所需的各个参量并利用简单的数学方法分析了计入泵浦消耗、光纤损耗的必要性,得到被测光纤的非线性系数,与Optisystem的仿真结果一致.研究表明,这种改进的测量方法不但适用于小信号情形下的四波混频过程,还可以应用于出现参量饱和现象的场合,为进一步设计光纤2R再生器件提供了重要依据.     

基于四波混频的光纤非线性系数测量方法

为解决四波混频法测量光纤非线性系数未考虑泵浦消耗而导致结果不准确的问题,提出了一种在简并四波混频情况下测量非线性系数的方法.根据光纤中简并的四波混频理论,推导出了考虑泵浦消耗和光纤损耗的椭圆方程.通过设定数值计算所需的各个参量并利用简单的数学方法分析了计入泵浦消耗、光纤损耗的必要性,得到被测光纤的非线性系数,与Optisystem的仿真结果一致.研究表明,这种改进的测量方法不但适用于小信号情形下的四波混频过程,还可以应用于出现参量饱和现象的场合,为进一步设计光纤2R再生器件提供了重要依据.     

一种增益平坦的光子晶体拉曼光纤放大器

为解决传统拉曼放大器增益系数低和增益不平坦的问题,采用级联光子晶体光纤的设计方法设计了一种增益平坦的拉曼光纤放大器.采用受激拉曼散射效应的稳态分析理论,分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱,建立了拉曼放大器的理论模型.通过解耦合方程,推导了实现增益平坦的约束条件,发现光纤长度和泵浦功率是影响拉曼光纤放大器增益平坦度的两个参数.仿真结果表明,在1 508～1 544 nm的带宽范围内,实现了一个增益高达21 dB,增益平坦度仅为0.14 dB的光子晶体拉曼光纤放大器,可在光纤通信系统应用中发挥重要作用.