硅波导受激喇曼散射放大信号光的数值模拟

提出了用连续泵浦光在硅波导中的受激喇曼散射对信号光进行放大的方法.建立了信号光和泵浦光在硅波导中传输的耦合方程,得到了计算信号光增益的理论模型.利用数值模拟结果,对泵浦功率沿波导的分布,信号光在不同波导长度以及输入功率情况下的增益等进行了分析和讨论.结果表明,适当增加波导长度和泵浦光功率可以得到较高喇曼增益的结论.     

多泵浦光纤喇曼放大器的模拟分析

通过使用综合理论模型对不同配置条件下的多泵浦分布式光纤喇曼放大器的增益谱进行了数值模拟研究,该理论模型包含了瑞利散射、放大自发辐射和不同交互效应,包括泵浦与泵浦、泵浦与信号和信号与信号之间的交互与能量转移.模拟研究了泵浦源功率、泵浦源波长间隔及光纤损耗对喇曼增益谱的影响,结果表明设计多泵浦光纤喇曼放大器需要对泵浦源功率、泵浦源波长间隔光纤损耗谱进行综合考虑,需对泵浦源功率、泵浦源波长间隔进行合理配置.在本文的泵浦源波长设定条件下,考虑实际光纤的损耗谱特性,为了获得大的增益带宽和小的增益不平坦度,短波长泵浦源和最长波长的泵浦源需要更高的泵浦功率,中间波长泵浦源的功率应较低.     

双重瑞利散射导致的多路干涉噪声对光纤喇曼放大器噪声系数的影响

在没有对喇曼增益分布做任何假设的情况下,利用所推导的光纤喇曼放大器噪声系数的解析表达式,研究了不同光纤长度、不同信号输入功率、不同增益、不同瑞利散射下双重瑞利散射导致的多路干涉噪声对喇曼放大器噪声系数的影响.结果表明随着光纤长度,信号输入功率、喇曼增益和瑞利散射的增加,多路干涉噪声对噪声系数的劣化越严重.但通过合理的优化光纤长度、控制喇曼增益可以取得噪声和增益间的最佳平衡.     

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.     

级联掺磷光纤喇曼激光器的解析优化

讨论了二级级联喇曼光纤激光器的解析解和优化设计.通过引入几何平均功率、增益因子和归一化光纤有效长度,将描述泵浦光和斯托克斯光沿喇曼增益光纤分布的微分方程组简化成代数方程组,在对泵浦光采用线性传播近似后,获得了二级级联喇曼激光器的解析解.所获得的解析解同数值模拟结果吻合得很好.利用该解析解可方便和快速地讨论级联喇曼激光器的优化设计,计算不同泵浦功率下的最佳光纤长度、输出光纤光栅反射率和转换效率.泵谱功率越大,最佳光纤长度越短,最佳输出光纤光栅反射率越小.     

光纤喇曼放大器的特性及其在宽带通信中的应用

随着宽带业务的增长和 DWDM技术的发展 ,人们需要更宽增益带宽的全光放大器。光纤喇曼放大器由于其可放大任意波长信号的特性而得到广泛的关注和重视。介绍了喇曼放大器的特性 ,总结了国外近年来对喇曼放大器在宽带通信应用中的研究 ,并讨论了喇曼放大器的发展方向     

光纤喇曼增益系数的简捷测量

基于小信号开关增益原理,采用抽运光-探测波法,利用SLD(超辐射激光二极管)作为宽带小信号探测光源,快速测量出了标准单模光纤(G.652)的频移为0.5～20 THz内的喇曼增益系数,测量结果和文献中已有的值基本吻合,所测得的光纤喇曼增益系数可用于光纤喇曼放大器的理论和实验研究,该方法同样可以对其他类型光纤的喇曼增益系数进行测量.     

双向反馈布里渊-喇曼光纤激光器输出特性

设计了一种双向反馈布里渊-喇曼光纤激光器,研究了布里渊泵浦对输出特性的影响.布里渊-喇曼光纤激光器由一段7km色散补偿光纤、1 455nm喇曼泵浦、可调谐激光器及双反馈环组成.喇曼泵浦功率固定在250mW,布里渊泵浦工作波段在喇曼峰值增益处附近,可得到较多波长数输出.随着布里渊泵浦功率增加,相邻的布里渊斯托克斯光和经背向瑞利散射的斯托克斯光之间功率差减小,同时各阶斯托克斯光平均强度增加并达到饱和.受色散补偿光纤中喇曼交叉增益影响,布里渊泵浦功率由1.8dBm增加到6.9dBm,输出多波长数先增后减.当布里渊泵浦功率为4.4dBm时,对应输出波长数最多,为37个,波长间隔0.078nm.     

一种新颖的宽带光纤喇曼放大器优化设计方法

介绍了一种新颖的宽带光纤喇曼放大器的优化设计方法.通过研究多波长后向泵浦光纤喇曼放大器的传输方程, 分两步来确定各泵浦波的频率及输入功率的大小.首先通过模拟煺火算法迭代出满足条件的泵浦波频率,然后利用平均功率分析方法,采用四阶阿当迭代方法计算出各泵浦波输入功率的大小,从而设计出具有较宽平坦增益带宽的光纤喇曼放大器.该算法是一种简单有效的优化方法.     

单纵模Nd:YAG激光泵浦H2气中的受激喇曼散射

用单纵模Nd:YAG激光(波长1.06μm,脉宽9ns,线宽0.003cm-1)泵浦氢气中的受激喇曼散射,产生很强的后向一级斯托克斯.当泵浦能量为120mJ,压力为1.5MPaH2时,后向和前向喇曼的光子转化效率分别为66%和15%,而在4MPa时两个数值分别为46%和39%.由于后向喇曼与前向喇曼和泵浦光的传播方向相反,二者的相互竞争产生了张弛振荡,使得后向和前向喇曼的时间波形都分裂为两个峰,后向喇曼的两个峰都被压窄到1ns,使峰值功率达到了泵浦光功率的二倍,这在前向喇曼是不可能的.而且后向喇曼的光束质量要大大优于泵浦光和前向喇曼的光束质量,在4MPaH2和脉冲重复频率为10Hz时,喇曼过程的放热使前向喇曼的光束质量变坏,但对后向喇曼的光束质量影响不大.计算表明,该实验条件下受激喇曼过程没有达到稳态,所有实验结果都可以而且只能用相关的瞬态受激喇曼理论解释.     

硅基拉曼放大器增益的理论分析

提出了硅波导中受激拉曼散射信号光获得正增益的理论分析方法,并对关键参量自由载流子寿命和抽运光功率做了分析,得到了可以获得正增益的自由载流子寿命阈值公式,抽运光功率阈值.研究了抽运方式对于硅基拉曼放大器增益的影响,并指出采用双向抽运方式可以使拉曼增益大大提高. 关键词： 硅基放大器 拉曼放大器 抽运方式     

1410 nm波段分布式光纤拉曼增益放大器的研究

讨论了分布式光纤拉曼增益放大器的工作原理,采用1320nm固体激光器作为抽运源,获得了1410nm波段附近的光放大,在单模GI光纤长度为23km时,初步研究了拉曼放大器增益与光纤作用长度的关系,抽运脉冲峰值功率分别为50W、30W时,光纤的有效作用长度分别为15．5km和10.5km;研究了在不同的光纤有效作用长度时,拉曼放大器增益与抽运功率的关系;从光纤拉曼光谱图估算了光纤拉曼放大器的光谱宽度为50nm或250cm^-1。     

Nonlinear performances of dual-pump amplifiers in silicon waveguides

The performances of a dual-pump parametric and Raman amplification process and the wavelength conversion in silicon waveguides are investigated. By setting the Raman contribution fraction f to be 0.043 in our analytical model, the amplification gain of the probe signal can be obtained to be over 10 dB. The pump transfer noise (PTN), the quantum noise (QN), and the total noise figure (TNF) are discussed, and the TNF has a constant value of about 4 dB in the gain bandwidth. An idler signal generated during the parametric amplification (PA) process can be used to realize the wavelength conversion in wavelength division multiplexing (WDM) systems. In addition, the pump signal parameters, the generated free carrier lifetime and effective mode area (EMA) of the waveguide are analysed for the optimization of signal gain and noise characteristics.     

Charge state switching of deep levels for low-power optical modulation in silicon waveguides

We demonstrate a method for the efficient modulation of optical wavelengths around 1550 nm in silicon waveguides. The amplitude of a propagating signal is mediated via control of the charge state of indium centers, rather than using free-carriers alone as in the plasma-dispersion effect. A 1×1 switch formed of an integrated p-i-n junction in an indium-doped silicon on insulator (SOI) waveguide provides 'normally-off' silicon absorption of greater than 7 dB at zero bias. This loss is decreased to 2.8 dB with application of a 6 V applied reverse bias, with a power consumption of less than 1 μW.     

Stabilization of a multiwavelength erbium-doped fiber laser using a nonlinear silicon waveguide

We propose and demonstrate a multiwavelength erbium-doped fiber laser stabilized by four-wave mixing (FWM) in a nonlinear silicon-on-insulator (SOI) waveguide. The optical gain was provided by an erbium-doped fiber amplifier, and the wavelength selectivity was achieved by a Fabry–Pérot comb filter in the ring cavity. The FWM in the SOI waveguide was enhanced by applying a reverse-biased p-i-n diode structure to reduce free-carrier absorption. Making use of the nonlinearity of the SOI waveguide, a multiwavelength laser with six output wavelengths at 0.8 nm spacing was achieved. The power difference among modes was equalized within a range of 1.8 dB. The power fluctuation of each mode was stabilized to <0.65 dB during 20 min observation at room temperature.     

Performance analysis of dual-pump optical parametric amplifiers in silicon waveguide

Nondegenerate Four Wave Mixing (FWM) process in a silicon waveguide is influenced by two photon absorption (TPA), TPA induced free carrier absorption (FCA) besides self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM), SRS, GVD and linear scattering losses. Influences of pump parameters of the dual-pump parametric amplifier (OPA) in the silicon waveguide on gain spectrum and noise figure are numerically investigated. Compared with single-pump configuration, dual-pump silicon OPA indicates a flat gain and noise figure. Then impact of waveguide dispersion on bandwidth and ripples for dual-pump silicon optical parametric amplifiers is discussed. Optimal pump configurations are evaluated. The results show that polarization independent net gain of silicon OPA can be achieved by using circular and orthogonally polarized pump.     

Nonlinear absorption and Raman gain in helium-ion-implanted silicon waveguides

We study whether helium ion implantation can reduce the carrier lifetime and thus reduce the density of two-photon-absorption-generated free carriers. Our experiments and theoretical model show that helium ion implantation into silicon waveguides can successfully reduce the free-carrier losses and allow net gain to be attained by cw-pumped stimulated Raman scattering without requiring reverse bias to remove the photogenerated free carriers.     

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。     

掺钕微球的受激辐射激光和自受激拉曼散射

采用溶胶-凝胶法在SiO_2微球表面覆盖上一薄层Nd~(3+)掺杂SiO_2,并经电极放电熔融后形成表面光滑的高Q值微球.采用锥光纤将808 nm的抽运激光耦合入钕离子掺杂的高Q值微球形成回廊模,激发产生了1080—1097 nm波段受激辐射激光.由于所产生的激光有足够高的功率密度,在高Q SiO_2微球中激发产生了波长为1120—1143 nm一级自受激拉曼散射激光.推导了锥光纤掺钕微球组合的自受激拉曼散射的输出功率和阈值公式.描述了输出激光的特性:阈值、输出功率、线宽、边模抑制比.