基于參量放大器的光脈沖產生研究.pdf

1、高重復率脈沖的產生與壓縮技術是全光網絡中的關鍵技術之一。在常規(guī)通信窗口,無論是骨干網所采用的波分復用、時分復用等技術還是FTTx發(fā)展中所需要的接入技術等都需要一種可靠的短脈沖源作為技術支撐。然而,由于缺少相應的增益介質,傳統(tǒng)的激光器不能滿足在一些非常規(guī)波長上產生脈沖的需要。另一方面,隨著光纖通信的發(fā)展,光參量放大器(Fiber Optical Parametric Amplifier,FOPA)因其具備超快響應、較寬帶寬、高增益以及波長

2、可調性等特點而逐步進入了人們的視野?；谏鲜鰞?yōu)點,將其應用于脈沖產生的技術中會有比較大的應用價值和研究前景。本文主要研究了基于參量放大器的光脈沖產生,具體研究工作如下:
　　1、首先,論文介紹了光通信的發(fā)展以及其中的一些關鍵技術,重點介紹了一些光脈沖產生技術。論文介紹了一些常見的非線性過程以及高非線性光纖的概念,闡釋了四波混頻過程的物理機理,同時也分析了一些影響相位匹配的因素:材料色散、波導色散以及非線性效應。同時,文中簡單地分析

3、了泵浦功率取不同值時,參量增益的變化情況。
　　2、其次,在小信號模型中,本文通過兩種推導方法對單泵浦結構參量放大器進行了比較詳細的分析,泵浦功率減小會導致信號增益譜幅度減小且其邊緣會向中心位置移動,這是產生閑頻脈沖的基本原理,這也為后面的數值方法提供了理論依據。本文分析了常用的對稱分步傅里葉方法(SSFM),并根據所研究內容的特殊性對此方法做了相應的修改,提出了一種新的分步傅里葉數值解法:在色散效應部分仍采用一般的方法,而在非線

4、性部分的處理中采用了基于龍格-庫塔法的解微分方程法求解。
　　3、再次,以前的研究主要集中于信號波與閑頻波之間的波長轉換,而本論文主要分析的是輸入脈沖形式泵浦波的情況下所產生的閑頻波。文中以雙曲脈沖為例,分析了信號波與泵浦頻率間隔對閑頻脈沖的占空比以及峰值功率的影響。研究結果表明頻率間隔取值較小時,閑頻脈沖峰值功率較大但占空比也比較大,但總體而言,閑頻脈沖在占空比上有了較大的改善。此外,采用文中所提出的方法以及具體的參數取值,分析

5、了信號波、閑頻波以及泵浦波之間的走離效應對在相應波長上所產生的閑頻脈沖的影響。證明了前面研究類似的性質。在此基礎上考慮群速度色散,分析了泵浦功率被正弦幅度調制時,不同調制頻率下所產生閑頻脈沖的特點。結果表明,群速度色散對脈沖的影響與具體的調制頻率有關。按照論文中所取的參數值,調制頻率為10GHz時脈沖被稍微展寬了;在20GHz和40GHz時,色散效應與走離效應的共同作用能有利于保持閑頻脈沖的形狀。
　　4、最后,論文分析了雙泵浦結

6、構參量放大器中兩個泵浦波正交線偏振的情況,并進行了相應的推導,分析了泵浦功率逐漸減小時其信號增益譜的特性。結合泵浦波同線性偏振的情形,分析并比較了各自信號增益的特點。同時,分析了兩種情況下相位失配量對參量增益敏感度的影響。分析表明,泵浦同線性時,最大增益敏感度在失諧量L??接近-0.12的處取得;泵浦正交時,在失諧量L??接近-0.9時取得。論文比較了同線性偏振的情況下單、雙泵浦結構中產生脈沖受走離效應影響的特點。仿真分析表明,在得到相

7、近峰值功率脈沖的情況下,走離效應對雙泵浦結構的影響更小,但是脈沖寬度會更大。采用正交偏振的泵浦波時,雖然可以使得FWM過程偏振無關,但是其較小的信號增益會影響所產生脈沖的峰值功率。分析表明通過增大泵浦脈沖功率也產生比較理想的脈沖。最后,利用本文中的算法,分析了基于單泵浦參量放大器的脈沖產生過程中泵浦相位調制對脈沖序列的影響,驗證了前人文獻中的結論;并在此基礎上,進一步研究了雙泵浦FOPA中泵浦波相位調制對產生脈沖的影響,推導了包含相位因