宽带双泵浦光纤参量放大器的优化设计.pdf

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1、!*!’!第!"卷!第!!期!#$$"年!!月宽带双泵浦光纤参量放大器的优化设计"张晓晨!姜!淳上海交通大学先进光通信系统与网络国家重点实验室!上海"%%%*%摘要!!对一种由两段高非线性光纤级联构成的双泵浦光纤参量放大器!W]Q;"的数学模型进行了推导及数值分析#并借助遗传算法对相应参数进行了优化#数值模拟结果表明#当输入总功率为%#(S时#由两段高非线性光纤构成的光参量放大器可以在!(%%$!$%%2,频带范围内实现均值为!%

2、参量放益谱的特性进行了数值分析!并借助遗传算法对相应大器$W]Q;%得到了广泛研究#较之掺铒光纤放大器参数进行了优化#与以前发表的文献中仅以光纤长度$+=W;%及光纤9-,-2放大器$W9;%!W]Q;在光通信及二阶色散参数作为优化参数不同!此处泵浦频率间系统中能够在更宽频带内实现更高增益的放大作用#隔及四阶色散系数也将作为重要的优化参数!而且四此外!W]Q;还具有波长转换(高速全光信号采样(阶色散值接近目前实验室实际所得光纤#通过优化设高重复率脉冲序列生成及时分复用等诸多有益特计表明#当输入总功率为%#(S时!由两段高非线性光&!*(’性#当然!在波分复用传输

3、系统中!增益谱平坦纤构成的光参量放大器可以在!(%%*!$%%2,频带范围度对信号的均衡放大具有决定性的作用#然而!此前内实现均值为!%

4、散波长$V=S%的高非线性色散位移光纤$N:TW%进由数段光纤级联构成的光参量放大器之数学模型#行级联!借助遗传算法对各段N:TW的参数进行优化#为方便说明!按照习惯!将两个泵浦相关参量单泵浦四段光纤级联情况下!理论上已实现*%%2,平稳下标为!!"!信号光为*!闲置光则为&#如#-!带宽!而双泵浦三段光纤级联情况下!理论上已实现与-指两个泵浦的频率!-指信号光频率!-指"*&&!%’&%%2,平坦带宽#最近!在双波长泵浦有两级超平闲置光频率#由两个频率各异的泵浦$-!2-"%驱动坦色散和高非线性光纤级联的放大器中已获得&%%2,的的]Q;称双泵浦]Q;!而仅由

5、一个泵浦$-%!k-"&!!’平坦带宽!这些研究结果都是基于四阶色散为c!l驱动的]Q;则称单泵浦]Q;#单泵浦及双泵浦情c$&1M,c!数量级的超平坦色散光纤上进行设计况也可分别称简并模式及非简并模式#!%I4的#本文对一种由多段光纤级联构成的双泵浦光纤光借助微扰法求解包含高阶色散系数的非线性参量放大器$W]Q;%的精确模型进行了推导!对所得增P86?o<.23>?方程!可以得到关于单泵浦W]Q;的!"%%()%*)!’收稿!"%%()%$)%$收修改稿!"国家自然科学基金资助项目$批准号#$%*OO%"*%!+),-./#M545Z54M^!40@7#><7

6、#82!第!"卷!第!!期!#$$"年!!月!*!A一系列数学模型&*’当满足%c(!时!与>%c相乘的项均可忽略"若不#而以下则将对双泵浦情况的数学模型进行详细推导#满足此条件!则由$&%!$(%式可写出关于?*$c%和波的传播方程之基本形式如下#?"$c%的转移矩阵表达式!即&("""#c!.#Y#%"(!$!%&?*$c%8&?*$%%88"":"":"Y)!$$%"$c"$%’?&%9’?&%9式中#!(!*及分别指电场矢量(电场极化强#%/c/cc.c.度矢量(光速及真空中导磁率"&>"H**>"H*&8其中转移矩阵)Y!H与H**&&/c/c..

7、各段光纤中电场可进一步表示为如下形式#’>"H&*>"H&&9&’!A!!"’)$;!I!c%YE$;!I%A$c%!其中A$c%为沿及H*&与H&*两两共轭"光波传播方向缓慢变化的复幅度!而E$;!I%则指对各段光纤!则有#电场传播模式在光纤中沿横截面的分布"为便于推导!可引入如下变量&’!A!!"’./^./^%^Z%^^"%C"%CHY>^^Z>^^**"%^"%^?^YA^>KI&"..$2!Z2"%c’!^Y*!&!$"%%C%C%C%C>^^Z>^^./^>^^>^^YZ式中.为光纤非线性系数!2!2分别表示两个""%^"!"泵浦的输入功

8、率"Y8546$%^C^