论文部分内容阅读
近年来,随着光纤通信技术的发展,光纤参量放大器在光通信领域引起了广泛的关注。由于光纤参量放大器具有超高增益,超宽带宽,超低噪声等优良特性,它在光信号光放大,相位共轭,波长转换和全光再生等光信号处理领域吸引了越来越多的注意力。然而随着对光纤参量放大器在光通信系统中的研究日益深入,其能量利用率这一急需考虑的重大问题逐渐凸显出来。考虑到光纤参量放大器的能量转换效率问题,本文通过对其理论进行深入研究,设计出了一种能够实现最佳功率转化的新型结构光纤参量放大器,极大程度地提高了光纤参量放大器的功率利用效率,论文的研究工作及成果总结如下：(1)首先简要叙述了光纤参量放大器的产生背景与应用领域,并对光纤参量放大器在光信号光放大领域与其他放大器相比所具有的优势进行了分析；从光纤参量放大器的基本原理出发,研究了影响光纤参量放大器的功率转化的各种因素。(2)由薛定谔方程推导出描述四波混频过程中泵浦光、信号光和闲频光之间能量转化的耦合方程,重点分析了参量放大器中的相位匹配条件；利用哈密顿算子推导出单泵浦和双泵浦参量放大器在不同输入情况下的最佳功率转化条件,并且通过仿真证明了单泵浦参量放大器和双泵浦参量放大器最佳功率转化条件的正确性；分析并仿真验证了影响光纤参量放大器最佳功率转化的因素。(3)基于本文对光纤参量放大器最佳功率转化理论的研究工作,设计出了一种新型的能够实现最佳功率转化的级联光纤参量放大器(BPC-CFOPA)模型,并且介绍了BPC-CFOPA的基本设计原理,并对设计模型进行了仿真验证。此外,本文提出一种通过多段级联BPC-CFOPA来实现在低泵浦光功率和低非线性系数光纤中提高信号光增益的放大器优化方案,并且通过软件仿真进行了验证。最后,分析了光纤损耗和插入损耗对BPC-CFOPA性能的影响,并且给出了降低这种影响的解决方案,使得BPC-CFOPA接近于最佳功率转化(BPC)状态。