光纤参变放大器光纤长度的优化设计

第24卷第8期 光 学 学 报 V01．24，N。．8 2004年8月 ACTAOPTICASINICA August，2004 文章编号：0253—2239(2004)08—1085—6 光纤参变放大器光纤长度的优化MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1716002203536_1 曹 辉1’2 孙军强1 张新亮1 黄德修1 ，1华中科技大学光电子工程系，武汉430074、 ＼2佛山科学技术学院理学院物理学系，佛山528000／ 摘要： 随着高输出功率掺铒光纤放大器和高非线性光纤的出现和使用，光纤参变放大器(OPAs)中出现了越来越 多的增益饱和现象，这是光放大器中应该尽量避免的。对此，提出了依据光纤参变放大器的光纤非线性系数、抽运 光功率、信号输入功率等参量对光纤长度进行优化设计的解决思路。明确提出最佳光纤长度的概念，即在其他参 量一定的情况下使信号增益或信号输出功率达到最大所需的最小光纤长度，而且最佳光纤长度有利于提高光纤参 变放大的增益带宽和波长转换带宽。通过数值积分求解描述光纤参变放大过程的非线性耦合方程，并运用控制变 量法深入研究了最佳光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入功率的关系。最后用最小二乘法进行数 据拟合确定系数，得到简洁、实用的最佳光纤长度解析 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式。与已有实验结果比较表明，该解析式可很好地用来 计算和优化光纤参变放大的光纤长度。 关键词： 光纤通信技术；光纤参变放大；光纤长度；增益饱和 中图分类号：TN913．7 文献标识码：A OptimizedDesignoftheFiberLengthforFiberOpticalParametricAmplifier CaoHuil·2SunJunqian91ZhangXinlian91HuangDexiul 1 DepartmentofOptoelectronicsEngineering，HuazhongUniversityofScience &Technology，Wuhan430074 2DepartmentofPhysics，FoshanUniversity，Foshan528000 (Received28May2003；revised28December2003) Abstract：Withtheincreasingavailabilityofhighoutputpowererbium-dopedfiberamplifierand thedevelopmentofhighlynonlinearfibers，moregainsaturationphenomenaareobservedinfiber opticalparametricamplifiers(OPAs)，whichareexpectedtobeavoided．ApracticablemethodiS proposedtoavoidthegainsaturationphenomenon，thatisoptimizingfiberlengthaccordingto otherparametersoffiberOPA，suchasnonlinearcoefficient，inputpumppowerandinputsignal power．Theconceptofoptimumfiberlengthisintroduced，namelytheminimumfiberlength neededforthemaximumsignalgainorsignaloutputpowerwithotherparametersfixed．The optimumfiberlengthisofgreatbenefittoboostthegainbandwidthandtheconversionbandwidth． Bysolvingthenonlinearcoupledequationsthatgovernthefiberparametricamplifyingprocesswith numericalintegrationaswellasadoptingcontrolledvariablemethod，theoptimumfiberlengthasa functionofnonlinearcoefficient，inputpumppowerandinputsignalpowerisprofoundlystudied． Finally，coefficientsarefiguredoutwithleastsquaremethod，andapithyandusefulanalytical expressionfortheoptimumfiberlengthispresented．Comparedwithexistingexperimentalresult， thisanalyticalexpressioncouldbesoundlyusedtooptimizefiberlengthforfiberOPAs． Keywords：opticalfibercommunicationtechnology；fiberopticalparametricamplifier；fiber length；gainsaturation E-mail：foshancaohui@sina．corn 收稿日期：2003—05—28；收到修改稿日期：2003—12—28 光 学 学 报 1 引 言 晶体中的光参变放大现象人们已进行了深入研 究”3]，而基于光纤非线性效应的光纤参变放大 (()PA)以其高增益(小信号近似时，与抽运光功率 成指数关系)、宽带宽(可以在光通信范围内全波段 工作)、具有相敏特性(可实现0dB自发辐射噪声放 大)、产生闲频带(在放大信号的同时可进行波长转 换)等显著优点在光通信领域也引起了人们的关 注口～～。随着研究的深入，光纤参变放大技术得到 迅猛发展。利用光纤参变放大，可以实现光通信中 绝大部分全光操作，如光信号放大、波长转换、全光 抽样、光开关、光脉冲生成、光解复用、脉冲压缩、3R 再生、全光缓存等口~1⋯。可见，光纤参变放大在密 集波分复用系统、全光网等领域将有非常广泛而重 要的运用。 人们对光纤参变放大的理论研究，通常采用小 信号近似，得到信号增益与光纤长度、抽运光功率、 非线性系数三者的乘积成指数关系的解析表达 式口“。在三者乘积较小的前提下，它可很好地解释 许多有关的实验现象。但随着高非线性光纤 (HNI．F)、高功率半导体激光器和高输出功率(超过 1W)掺铒光纤放大器的出现及应用，光纤参变放大 中容易出现增益饱和现象。在增益饱和区，光纤参 变放大的增益将随抽运光功率或信号功率的增加而 减小，这是光放大器应该尽量避免的现象。Jonas Hansryd等041早已观察到此现象，KyoInoue和 TakaaiMukai[12]贝0研究了饱和增益的波长相关性， 但都没有研究解决的方法。本文提出了依据光纤参 变放大器的光纤非线性系数y、抽运光功率P小信 号输入功率P。。等参量对光纤长度进行优化设计的 解决思路。计算表明光纤参变放大的光纤长度并非 越长越好，据此明确提出了最佳光纤长度的概念，即 在其他参量一定的情况下使信号增益或信号输出功 率达到最大所需的最小光纤长度。深入研究了最佳 光纤长度与光纤非线性系数、抽运光功率、信号输入 功率的关系，最后用最小二乘法进行数据拟合确定 系数，得到简洁、实用的最佳光纤长度的解析表达 式，为光纤参变放大设计中光纤长度的选取提供了 重要依据。 2最佳光纤长度的定义 目前广泛研究和采用的光纤参变放大结构如 图1所示，以高抽运光功率和低信号功率入纤，且在 z—o处可认为闲频光功率为零，但在很小的一段传 播距离内就产生闲频光，其角频率满足cU。+叫。一2叫。 (文中下标p、S、i分别代表抽运光、信号光和闲频 光)。下面对此过程进行研究。 Fig．1Generalschemeoffiber-basedopticalparametric amplifier．PC：polarizationcontroller，HNLF： highlynonlinearfiber 假定沿T方向偏振的三个光波同沿z方向传 播，不考虑光纤损耗，由非线性介质中光的传播方 程[53可导出用功率和相位表示的耦合方程口⋯： idPp一一4),(P2pP。P。)1／2Sin臼， QZ 瓦dPs一27(P；P。P。)1／2Sin8， 誓一2y(P2Ps刖1／2Sin口， (1) (2) (3) 塞一计肥Pp_卜刖+Ⅱ(譬)¨2+(警)1／2叫删m]cOS臼，(4) 其中P。、P。、P。分别表示三个光波的功率；)，一 2rrn：／M州为光纤的非线性系数，这里忽略了三者频 率的微小差异而认为它们的y相等；0表示三个光波 的相对相位差， 口(z，f)一△卢z+2伽(z)一妒。(z)一9．(z)+ 2co。t一(U。t一叫．t， (5) 由(1)式～(4)式可知，当0一兀／2时，能量由抽运光流 向信号光和闲频光，对应于参变放大；当臼一一a／2 时，能量由信号光和闲频光流向抽运光，对应于参变 衰减。若在输入端满足了0一丌／2，要得到持续的参变 放大，还需要：1)0不随时间变化，由(5)式可知需要 满足所谓能量守恒条件：COs+COi一2‰，2)汐不随z变 8期 曹 辉等： 光纤参变放大器光纤长度的优化设计 1087 化或随z缓慢变化，由0一,r／2和(4)式可知，需要 △p一一y(2P。一P。一P．)， (6) 将p(叫)在零色散频率附件展开到四阶，得到△卢与 波长的关系近似为 △卢一卢((u。)+卢(叫．)一2／7( 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GB3100～3102—93规定。在光学论文中常见的如A，乇(Torr)，高斯(G或GS)等已废止，必须折算成现行 标准。1A一0．1nm，1乇一1mmHg=133．3Pa，1G(GS)一10—4T，wt％一质量分数w，vol％一体积分数，mol％一摩尔分数2／7或Y，at％一原 子数分数z或Y。数字：处理后的数字的精度或有效数字位数不可能超过原始数据的精度或有效数字位数。 3．7参考文献参考文献应是公开出版物，以便审者、编者、读者查证。文后参考文献以GB／T7714—1987顺序编码制列出，每条内容应包括： 作者(或译者。论文集编者，多于3人者用等或eta1．)，文题，期刊名(或 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 名，会议名)，出版年、卷、期(书或会议文集应相应列出版次、出版地、 出版者、出版年、会议地点时间)，起止页码。专利需列出专利性质及专利号。引用的网上出版物必须是固定的、可一直查阅的文献。中文参考 文献应分别用中英文写出所有项目，并都须加上参考文献类型的标识 I 参考文献类型 期刊 专著 论文集 学位论文 标准 专利 报告 报纸 文献类型标识 J M C D S P R B 具体格式实例如下： (1)期刊：张娟，刘立人，周煜等．一种新型的光交错复用器的设计EJ]．光学学报．ZhangJuan，LiuLiren，ZhouYueta1．．Designofa newtypeinterleaver[J]．ActaOpticaSinica，2003，23(12)：1424～1428(inChinese) (2)专著：金国藩，李景镇．激光测量学[M]．北京：科学出版社．JinGuofan，LiJingzhen．LaserMetrologyEM]．Beijing：SciencePress，1998， 162～165(inChinese) (3)译著：玻恩，沃尔夫．光学原理[T]．杨葭孙译．北京：科学出版社．BornM，WolfE．PrinciplesofOptics[T]．YangJiasunTransl． Beijing：SciencePress，1978，182～190(inChinese) (4)学位论文：张景．激光二极管微振动传感器及其在肌肉振颤测量中的应用[D]．武汉：华中科技大学．ZhangJing．LDSensorforWeak VibrationMeasurementanditsApplicationinMuscleVibrationMeasurement[D]．Wuhan：HuazhongUniversityofScienceandTechnology， 2000。21～30(inChinese) (5)技术标准：国家标准化技术委员会．量和单位GB3100～3102—93[s]．北京：中国标准出版社．NationalStandardizationTechnical Committee．GB3100～3102—93．QuantitiesandUnitsGB3100～3102—93[S]．Beijing：ChinaStandardPress，1994 为了避免漏引，并扩大您的论文及《光学学报》、《中国激光》等中国光学类期刊的国际、国内影响，希望增引您自己和同行近二年在《光学学 报》、《中国激光》等中国光学类期刊上发表的文章作为参考文献。 3．8基金项目：所投文章项目受到资助的，应标明资助名称及批准号。 作者简历：出生年月，出生地，职务／职称，熟悉的学科和课题——不超过3个。 此两项置于文章首页页脚。 3．9投寄要求为了加速期刊的电子化、网络化，加快稿件处理速度，从2003年5月1日起一律采用E-mail投稿。稿件需附一份显示来稿创新点 的说明(100～300字)；标明“稿件内容不涉及国家机密”、“此稿无一稿两投”、“作者排名不再随意更改”的证明件(盖章)，挂号寄往：201800上海 800—2i1信箱光学学报编辑部(请不要交寄个人，以免延误稿件的受理时间)。稿件录用后，须请提供文章修改定稿后的电子版(包括图)。 3．10本刊现已进入《中国学术期刊(光盘版)》、《中国期刊网》和《万方数据数字化期刊网》等，不再另行通知作者，对版权有特殊要求者，请事先 声明。 4审稿程序稿件收到评审费后分送两位同行评议、主编终审、择优录用；编辑部自收稿日起4个月内将初审意见函告作者，逾期，作者可另行 处理原稿，但需告知编辑部。 5版权转让在审稿通过后，作者须转让著作权人作品版权(包括各种介质、媒体的版权)给编辑部，并把全部作者签名附单位盖章的版权转让 函。 6录用与否 录用稿作者应遵照中国科协有关文件精神，支付适量版面费以聊补期刊的高额亏损。由于近年来来稿量猛增，为了缩短发表周 期，请作者精炼文章内容，更不要加附录，否则，超过4页的文章将加收版面费。编辑部有权对录用稿件作编辑意义的增删加工。录用稿一经 本刊刊登，本刊享有版权，并向作者酌付稿酬，寄送该期期刊一册和抽印本10份。 7投稿及回复时．请告知作者的有效联系方法除“姓名、通讯地址、邮政编码”外；E—mail、电话(办公室及家庭或宿舍)、手机等是必不可少的。 并请用E—mail回复修改意见和修改稿(修改部分请划线)。最好注明通讯作者(作者单位相对稳定)。 8请推荐3～5位同行专家【包括海外华人研究人员)作候选审稿人(给出他们从事研究的学科和课题，通讯地址和E-mail)。 光纤参变放大器光纤长度的优化设计 作者： 曹辉， 孙军强， 张新亮， 黄德修 作者单位： 曹辉(华中科技大学光电子工程系,武汉,430074;佛山科学技术学院理学院物理学系,佛山 ,528000)， 孙军强,张新亮,黄德修(华中科技大学光电子工程系,武汉,430074) 刊名： 光学学报 英文刊名： ACTA OPTICA SINICA 年，卷(期)： 2004，24(8) 被引用次数： 3次 参考文献(14条) 1.Su Hong.Zhang Weijun.Wang Shixing Experimental scheme of nonidead QND measurement for intensity difference fluctuations 2001(07) 2.Peng Jiahui.Li Ruxin.Jin Shiqi Optical parametric chirped pulse amplifier with biaxial crystal 2000(09) 3.Liu Hongjun.Chen Guofu.Zhao Wei Study on the bandwidth of three wave mixing optical parametric amplifiers 2002(08) 4.Hansryd J.Andrekson P A Broad-band continuous-wavepumped fiber optical parametric amplifier with 49-dB gain and wavelength-conversion efficiency 2001(03) 5.Marhic M E.Kagi N.Chiang T K Broadband fiber optical parametric amplifiers 1996(08) 6.Islam M N.Boyraz O Fiber parametric amplifiers for wavelength band conversion 2002(03) 7.Hansryd J.Andrekson P A OTDM demultiplexer with 40-dB gain based on a fiber optical parametric amplifier 2001(07) 8.Hansryd J.Andrekson P A Wavelength tunable 40GHzpulse source based on fiber optical parametric amplifier 2001(09) 9.Li J.Hansryd J.Hedekvist P O 300 Gbit/s eyediagram measurement by optical sampling using fiberbased parametric amplification 2001 10.Agarwal A.Wang L J.Suet Y K All-optical erasable storage buffer based on parametric nonlinearity in fiber 2001 11.Hansryd J.Andrekson P A Fiber-based optical parametric amplifiers and their applications 2002(03) 12.Inoue K.Mukai T Signal wavelength dependence of gain saturation in a fiber optical parametric amplifier 2001(01) 13.Inoue K.Mukai T Signal output characteristics in a fiber optical parametric amplifier in high- gain-saturation region 2000 14.Aso O.Shin-Ichi Ara.Ya Gi Broadband fourwave mixing generation in short optical fibres 2000(08) 引证文献(3条) 1.陈婉.董淑福.刘红军 双泵浦光纤参量放大器光纤长度的选取研究[期刊论文]-光通信研究 2008(2) 2.桂林 光纤参量放大器增益与时域特性研究[学位论文]硕士 2006 3.曹辉.孙军强.陈国杰.陈伟成.黄德修 强脉冲信号在光纤参变放大器中的放大特性研究[期刊论文]-光学学报 2005(10) 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_gxxb200408014.aspx 授权使用：中科院西安光学机械研究所(gxjxyjs)，授权号：8e42ed48-a9f8-4a72-983c-9e3a00a8db5f 下载时间：2010年11月26日