相敏光纤参量放大器在光纤通信系统中的应用研究

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1、---------------------------------------------------------------------------------------------------相敏光纤参量放大器在光纤通信系统中的应用研究南京航空航天大学博士学位论文姓名：李跃辉申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：许宗泽20041001宣壅堕窒堕垄奎堂堡主堂焦丝兰——摘要超高速、超长中继距离传输一直是光纤通信所追求的目标。而光纤损耗、色散和非线性效应是其发展的主要限制因素。光放大器，尤其是掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）的出现和实用化，克

2、服了光纤损耗对传输距离的限制，因此色散管理（色散补偿）和非线性效应的抑制成为近年来高速光传输领域的研究热点。理论研究发现，光孤子是光纤色散和非线性效应互作用的产物。利用光孤子可以实现无脉冲畸变的光传输，从而使光纤通信向超高速、超长中继距离传输方向发展有了可能。目前线性高速光纤通信系统和光孤子传输系统大多采用ＥＤＦＡ作为在线放大器来补偿光纤损耗导致的能量损失。由于ＥＤＦＡ存在放大的自发辐射（ＡＳＥ）噪声，级联ＥＤＦＡ的ＡＳＥ噪声积累，———————————————————————————————————————————————-----------

3、----------------------------------------------------------------------------------------在线性高速光纤通信系统中将严重劣化系统的信噪比，缩短了系统的传输距离；在光孤子系统中引起孤子到达接收端的定时抖动（称为Ｏｏｒｄｏｎ－Ｈａｕｓ限制），同时还导致孤子互作用，由此也限制了孤子系统的传输速率和传输距离。基于简并光参量放大原理的相敏光纤参量放大器（ＰＳＡ）是新近出现的一种光放大技术。相对于ＥＤＦＡ而言．ＰＳＡ具有低噪声指数和色散补偿等优点。应用在线性高速光纤通信系统

4、中，ＰＳＡ增益的相位敏感性对脉冲波形具有一定的整形作用，能够抑制光脉冲的展宽；应用在孤子通信系统中，ＰＳＡ可以克服Ｇｏｒｄｏｎ。Ｈａｕｓ限制及抑制孤子间的互作用，从而显著延长孤子的稳定传输距离。本论文提出把ＰＳＡ作为在线放大器应用于线性高速光纤通信系统和光孤子系统。论文的中心内容就是采用数值求解简化的基本传输方程和非线性薛定谔方程，来研究在线放大器为ＰＳＡ的线性高速光纤通信系统和光孤子系统的传输性能受系统和放大器参量的影响。论文首先仿真研究了ＰＳＡ应用于线性高速光纤通信系统的传输性能。研究表明：对级联ＰＳＡ常规单模光纤（ＳＭＦ）传输系统，由于ＳＭ

5、Ｆ光纤的色散系数过大，ＰＳＡ自身色散补偿较弱而效果较差．ＰＳＡ不适合单独应用于此系统。而当附加色散补偿光纤（ＤＣＦ）时，则信号速率和无中继传输长距离极大提高。对非零色散位移光纤（ＮＺＤＳＦ）传输系统，ＰＳＡ具有良好的色散补偿效果，但系统的性能与传输速率和放大器间距有关：同时，ＰＳＡ对光纤的正、负色散同样具有良好的补偿效果；放大器平均输出信号功率限定在一———————————————————————————————————————————————----------------------------------------------------

6、-----------------------------------------------定范围内，系统的性能塑墼堂堑童量墼盔量垄堂堑夔垡丕堑±塑查旦婴茎不受其影响，色散为正时由于自相位调制（ＳＰＭ）效应弓｛起的喁啾和群速度色散（ＧＶＤ）效应引起的啁啾相互抵销，抑制了信号脉冲的展宽，对应有最佳放大器平均输出功率点。当放大器的抽运光和信号光之间存在相位漂移时，只要漂移相位控制在一定范围内，则系统的性能基本不受影响。信号脉冲形状对系统性能也有影响，超高斯脉冲优于高斯脉冲。论文随后研究了ＰＳＡ应用于光孤子的三种传输方案时系统的传输性能，并与相应的Ｅ

7、ＤＦＡ孤子传输方案做了比较。结果表明：对应用ＰＳＡ的平均孤子和动态孤子系统，无需附加其它孤子控制措施就能突破Ｇｏｒｄｏｎ—Ｈａｕｓ限制，抑制孤子系统中的色散波辐射及孤子间的互作用，极大地延长了光孤子的稳定传输距离；但动态孤子传输方案中脉冲幅度显著下降；另外ＰＳＡ微弱的色散补偿能力对绝热孤子中强大的色散波耗散功效甚微，故ＰＳＡ不适用于绝热孤子传输方案。———————————————————————————————————————————————-----------------------------------------------------

8、----------------------------------------------最后论文着重研究了ＰＳＡ平均孤子和动态孤子两