多波長(zhǎng)雙向抽運(yùn)光纖拉曼放大器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在變步長(zhǎng)的龍格庫(kù)塔法的基礎(chǔ)上,提出利用打靶法,通過(guò)先猜測(cè)再修正的逐漸逼近的方法來(lái)確定計(jì)算初始值,進(jìn)而求解雙向泵浦喇曼放大器的功率耦合方程。并利用此算法對(duì)三泵浦波長(zhǎng)的喇曼放大器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),選擇泵浦波長(zhǎng)分別為1427nm、1445nm和1466nm時(shí)進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了1db帶寬35nm左右的較好的增益平坦度。

報(bào)道了一臺(tái)實(shí)現(xiàn)了雙縱模窄線寬激光輸出的光纖拉曼放大器。利用中心波長(zhǎng)1079.7nm的雙縱模窄線寬種子激光器獲得了頻率間隔1.4ghz、功率比約3∶1的雙縱模輸出,各縱模的線寬約為10mhz;再利用1031nm泵浦光對(duì)雙縱模種子光進(jìn)行拉曼放大,實(shí)現(xiàn)了1.07w雙縱模激光輸出。拉曼放大過(guò)程中,兩個(gè)縱模的線寬、頻率間隔及功率比保持得很好。

利用光子轉(zhuǎn)換理論的受激喇曼散射(srs)耦合方程,結(jié)合雙向多波長(zhǎng)泵浦和光纖級(jí)聯(lián)兩種方法,提出了一種新型的具有平坦增益的寬帶光纖喇曼放大器(fra)。采用數(shù)值解法對(duì)100信道的波分復(fù)用(wdm)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,得到了寬帶增益平坦的功率輸出,為光纖喇曼放大器(fra)增益平坦化提供了一種新的實(shí)現(xiàn)方法。

利用打靶法對(duì)單波長(zhǎng)雙向抽運(yùn)拉曼光纖放大器的開(kāi)關(guān)增益問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值仿真研究,結(jié)果表明,在小信號(hào)的情況下,只要抽運(yùn)光的總功率不變,信號(hào)光的開(kāi)關(guān)增益幾乎與正反向抽運(yùn)光功率的分配比例無(wú)關(guān),此結(jié)果和小信號(hào)情況下的解析解結(jié)論一致。當(dāng)信號(hào)光功率增大到對(duì)抽運(yùn)光的消耗不能忽略時(shí),其開(kāi)關(guān)增益隨著正向抽運(yùn)光功率百分比的增大而略有增大。另外,也給出了幾種不同輸入信號(hào)入纖光功率、不同正反向抽運(yùn)光功率分配情況下的信號(hào)光、正反向抽運(yùn)光和總光功率沿光纖長(zhǎng)度的分布。

在總結(jié)目前存在的分布光纖拉曼放大器瑞利散射噪聲性能分析方法的基礎(chǔ)上,提出了兩種新分析方法。第一種方法給出一個(gè)簡(jiǎn)單的解析表達(dá)式。第二種分析方法是在解析式的基礎(chǔ)上進(jìn)行迭代,計(jì)算精度得到較大提高,而計(jì)算時(shí)間大大減少

首先介紹了多波長(zhǎng)泵浦的喇曼光纖放大器(fra)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),然后詳細(xì)分析了泵浦模塊的結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)中考慮的問(wèn)題,最后討論了泵浦激光器的功率配置問(wèn)題,以達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的開(kāi)關(guān)增益、放大帶寬和增益平坦特性等。

光纖通信放大器

提出了用打靶法計(jì)算雙向泵浦的拉曼放大器傳輸方程的算法。該算法不僅可以求解前向泵浦、背向泵浦的拉曼放大器傳輸方程,也可以計(jì)算雙向泵浦的拉曼放大器傳輸方程。該算法利用了先猜測(cè),再修正的逐漸逼近的方法來(lái)求解傳輸方程。利用該算法,對(duì)用三波長(zhǎng)拉曼光纖激光器泵浦的拉曼放大器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),在波長(zhǎng)分別為1427nm,1445nm和1466nm,功率分別為500mw,120mw,400mw時(shí),獲得了1db帶寬約為40nm的結(jié)果,并用試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證?！?/p>

學(xué)號(hào)10043112姓名黃任軍 第1頁(yè)共16頁(yè) 哈爾濱學(xué)院答題紙 課程光纖通信2013－2014學(xué)年第1學(xué)期 課程代碼40425012專業(yè)班級(jí)電氣自動(dòng)化10-1班 姓名：黃任軍學(xué)號(hào)：10043112 成績(jī)?cè)u(píng)閱人 檢查項(xiàng)目權(quán)重得分 (1)選題意義：文獻(xiàn)分析是否透 徹，選題是否為研究領(lǐng)域的前 沿或熱點(diǎn)話題。 20 (2)學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值：論文 結(jié)構(gòu)是否合理，概念是否準(zhǔn)確， 論證是否合乎邏輯；分析問(wèn)題 是否有一定的深度，解決問(wèn)題 是否有一定的創(chuàng)新。 40 (3)論文摘要：摘要能否簡(jiǎn)要地 闡明研究目的、方法、范圍、 結(jié)果及結(jié)論。 20 (4)論文格式：論文格式符合 要求。 10 (5)文獻(xiàn)引用：文獻(xiàn)格式是否規(guī) 范，引用是否夠全面。 10 合計(jì)100 學(xué)號(hào)100

有線數(shù)字電視信號(hào)在長(zhǎng)距離光纖傳輸中c/n是一個(gè)重要指標(biāo),普通edfa單獨(dú)使用時(shí)無(wú)法保證c/n值,因此引入rfa,并分析了rfa的工作原理和特點(diǎn)。

研究了1064nm波長(zhǎng)雙向泵浦的摻銩石英光纖放大器(tdsfa),測(cè)量了信號(hào)開(kāi)關(guān)增益隨泵浦功率和信號(hào)波長(zhǎng)的變化情況.在最大入纖功率1400mw泵浦下,放大器在1485～1517nm的較寬范圍內(nèi)具有放大能力,最大增益3.76db.分析表明,弱的基態(tài)吸收和強(qiáng)的激發(fā)態(tài)吸收限制了放大器增益的進(jìn)一步提高,表明上轉(zhuǎn)換泵浦的tdsfa是可行的.

研究了反向泵浦光纖喇曼放大器中泵浦和信號(hào)的求解方法,并且分析了雙重瑞利散射噪聲的特性,提出了在考慮反向喇曼光放大作用時(shí),雙重瑞利散射噪聲的表達(dá)式。給出了在加入光隔離器進(jìn)行抑制后,雙重瑞利散射噪聲的計(jì)算方法,并進(jìn)行了模擬分析,得出了放置光隔離器的最佳位置。

在考慮了增益介質(zhì)的色散、非線性效應(yīng)、增益以及損耗后,推導(dǎo)出超短光脈沖在分布式光纖放大器中的基本傳輸方程,采用分步傅里葉變換法數(shù)值模擬了皮秒光脈沖的放大傳輸狀態(tài),重點(diǎn)分析了群速度色散和三階色散對(duì)光脈沖特性的影響。

光纖通信中的光放大器

根據(jù)不同的泵浦方式,對(duì)多模光纖放大器運(yùn)用多模速率方程組,采用四階龍格-庫(kù)塔法數(shù)值計(jì)算和分析了在不同泵浦方式下的泵浦效率和信號(hào)光在光纖放大器中的傳輸、放大行為,并研究了在光纖放大器光纖長(zhǎng)度有微小變化(mm量級(jí))的情況下,輸出光的光束質(zhì)量與光纖長(zhǎng)度的關(guān)系。結(jié)果表明:輸出信號(hào)光的光束質(zhì)量因子隨光纖長(zhǎng)度微小變化而呈準(zhǔn)周期變化,周期與信號(hào)光耦合入光纖放大器的本征模式間的傳播常數(shù)差有關(guān)。

為了實(shí)現(xiàn)光纖放大器的抽運(yùn)模塊驅(qū)動(dòng)電源精度高、紋波系數(shù)小、轉(zhuǎn)換效率高并具有一定保護(hù)功能,設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流源。該電流源由驅(qū)動(dòng)、串口控制等模塊組成。采用基于lm2676的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換方式,構(gòu)建了轉(zhuǎn)換效率較高的恒流源系統(tǒng),并應(yīng)用于ld驅(qū)動(dòng)。經(jīng)測(cè)試,通過(guò)ld的電流最大為2.5a,輸出電流精度達(dá)到0.1%,轉(zhuǎn)換效率可達(dá)85%以上,lc濾波電路使輸出電流紋波減少至0.5ma;具有串口通信電流源控制系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電流值的遠(yuǎn)程讀取與設(shè)置。結(jié)果表明,該電流源達(dá)到理論設(shè)計(jì)要求,可應(yīng)用于光纖放大器抽運(yùn)模塊。

重點(diǎn)討論和介紹了喇曼光纖放大器(rfa)在長(zhǎng)跨距sdh線路中的應(yīng)用,及產(chǎn)品設(shè)計(jì)中需要考慮和解決的問(wèn)題,探討了超長(zhǎng)跨距sdh光傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案和測(cè)試結(jié)果。首次給出了rfa在國(guó)內(nèi)2.5gbit/s系統(tǒng)200kmg.652光纖上的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果,對(duì)rfa的推廣和應(yīng)用具有積極的參考意義。

為了研究抽運(yùn)功率配置對(duì)雙向抽運(yùn)光纖喇曼放大器性能的影響,基于已有的耦合方程,采用數(shù)值仿真方法,分析了不同抽運(yùn)功率配置對(duì)雙向抽運(yùn)光纖喇曼放大器的增益、增益飽和以及抽運(yùn)功率轉(zhuǎn)換效率的影響。結(jié)果表明,雙向抽運(yùn)光纖喇曼放大器的增益、增益飽和以及抽運(yùn)功率轉(zhuǎn)換效率特性均介于同向和反向抽運(yùn)光纖喇曼放大器之間,并且隨著同向抽運(yùn)功率在抽運(yùn)總功率中所占比例的升高,增益、增益飽和功率和抽運(yùn)功率轉(zhuǎn)換效率的數(shù)值增加;大信號(hào)、抽運(yùn)功率較大時(shí),抽運(yùn)功率配置對(duì)雙向抽運(yùn)光纖喇曼放大器性能的影響顯著。這對(duì)雙向抽運(yùn)光纖喇曼放大器和光纖激光研究具有一定的參考價(jià)值。

為了對(duì)分布式雙向抽運(yùn)光纖拉曼放大器的功率轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行研究,在不同的抽運(yùn)功率配置條件下,采用打靶法和龍格庫(kù)塔法相結(jié)合的數(shù)值算法,由耦合方程出發(fā),詳細(xì)分析不同物理因素對(duì)雙向抽運(yùn)光纖拉曼放大器功率轉(zhuǎn)換效率的影響,包括增益、增益飽和、初始信號(hào)光功率以及總的抽運(yùn)功率。結(jié)果表明:信號(hào)較小、總的抽運(yùn)功率較小時(shí),抽運(yùn)功率配置對(duì)雙向抽運(yùn)光纖拉曼放大器效率的影響較小。信號(hào)較大、總的抽運(yùn)功率較大時(shí),抽運(yùn)功率配置對(duì)雙向抽運(yùn)光纖拉曼放大器效率的影響顯著;雙向抽運(yùn)fra的功率轉(zhuǎn)換效率隨著同向抽運(yùn)功率占抽運(yùn)總功率百分比的增加而增加。所得結(jié)論有新的進(jìn)展,對(duì)雙向抽運(yùn)光纖拉曼放大器和光纖拉曼放大器功率轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步研究有重要參考意義。

運(yùn)用工程化摻鉺光纖放大器模擬理論方法，基于國(guó)產(chǎn)１４８０ｎｍｌｄ泵源和國(guó)產(chǎn)ｅｒ＾３＋／ａｌ＾３＋共摻雜光纖，從理論和實(shí)驗(yàn)上分析比較了新型兩段級(jí)聯(lián)泵浦與普通單段雙泵兩種結(jié)構(gòu)ｅｄｆａ的增益、功率和限幅特性。兩段級(jí)聯(lián)ｅｄｆａ比單段ｅｄｆａ的增益、３ｄｂ飽和輸出功率和動(dòng)態(tài)范圍分別提高了５ｄｂ、１ｄｂ和１２ｄｂ，泵浦光轉(zhuǎn)換效率改善了２０％。

分析了利用單通道雙向放大器拓展時(shí)頻傳遞距離時(shí)的主要噪聲來(lái)源,并對(duì)不同長(zhǎng)度鏈路中spba噪聲對(duì)接收信噪比和時(shí)間傳遞秒穩(wěn)定度損失的影響進(jìn)行仿真。采用光纖雙向時(shí)間比對(duì)系統(tǒng),對(duì)200km鏈路條件下spba引入的授時(shí)穩(wěn)定度損失的影響進(jìn)行測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:spba能在完全保證鏈路對(duì)稱性的前提下拓展傳遞距離,實(shí)驗(yàn)中未觀測(cè)到spba導(dǎo)致的時(shí)間傳遞系統(tǒng)不穩(wěn)定;200km鏈路中,加入一個(gè)spba引入的雙向比對(duì)誤差均方差為19.2ps,劣化秒穩(wěn)定性約4.0×10-11。

功率放大器的輸出功率和附加效率是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn),而功放設(shè)計(jì)通常采用的是負(fù)載牽引技術(shù),強(qiáng)調(diào)了負(fù)載阻抗對(duì)電路輸出功率和效率的影響,卻常常忽略了源阻抗對(duì)它的影響。文中結(jié)合實(shí)例,介紹了基于諧波平衡分析的多諧波雙向牽引優(yōu)化技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。優(yōu)化源和負(fù)載各諧波阻抗,仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表明:多諧波雙向牽引優(yōu)化技術(shù)能夠在獲得功率放大器所需的最大輸出功率和最佳附加效率之間取得折中和平衡,從而滿足工程設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。