本文關(guān)鍵詞：光纖參量放大器及其應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著光纖通信三十多年的高速發(fā)展,人們對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的速度和穩(wěn)定性提出了更高的要求,迫使光通信系統(tǒng)的傳輸容量和傳輸范圍更進(jìn)一步地提高和擴(kuò)大。在這種情況下,應(yīng)運(yùn)而生的密集波分復(fù)用(Dense Wave Division Multiplexing, DWDM)技術(shù)極大的提高了光通信系統(tǒng)的性能,同時(shí),這種長(zhǎng)距離、多信道的傳輸技術(shù)需要一種能與之相匹配的全光放大器,因此對(duì)光纖參量放大器(Fiber Optical Parametric Amplifier, FOPA)的性能及其應(yīng)用研究對(duì)未來光通信的發(fā)展具有十分重要的意義。本論文主要對(duì)基于高非線性光纖(Highly Nonlinear Fiber, HNLF)的相位不敏感光纖參量放大器(Phase Insensitive-Fiber Optical Parametric Amplifier, PI-FOPA)和相位敏感光纖參量放大器(Phase Sensitive-Fiber Optical Parametric Amplifier, PS-FOPA)的增益及其應(yīng)用進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究。本論文首先回顧了國(guó)內(nèi)外學(xué)者在FOPA和相位敏感參量放大器方面的研究工作,接著建立了PI-FOPA仿真和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),理論分析了光纖長(zhǎng)度、信號(hào)光功率、泵浦光功率及波長(zhǎng)對(duì)PI-FOPA的增益譜的影響,其研究結(jié)果為級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA的研究提供了重要依據(jù)；基于PI-FOPA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)分析了泵浦光功率和波長(zhǎng)、相位不敏感放大器(Phase Insensitive Amplifier, PI A)部分和相位敏感放大器(Phase Sensitive Amplifier, PSA)部分使用不同光纖長(zhǎng)度時(shí)對(duì)級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA增益譜的影響,這些研究結(jié)果對(duì)基于級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA的應(yīng)用提供了一定的依據(jù)。為了將級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA有效地應(yīng)用到DWDM光通信系統(tǒng)中,本論文提出了一種基于色散補(bǔ)償光纖(Dispersive Compensation Fiber, DCF)的級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA輸出功率均衡方案,并進(jìn)行了仿真研究,結(jié)果表明：當(dāng)取15 m單模光纖(Single Mode Fiber, SMF)連接PIA部分與PSA部分時(shí),插入125 m的DCF補(bǔ)償SMF所帶來的色散使得級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA實(shí)現(xiàn)了16個(gè)信道信號(hào)的均衡放大,且放大的帶寬達(dá)到了15 nm。此外,光頻率梳在DWDM光通信系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用,本論文仿真研究了非簡(jiǎn)并PS-FOPA在基于無源諧振腔的光頻率梳發(fā)生器中的應(yīng)用。仿真研究結(jié)果表明：當(dāng)泵浦光功率為33.5 dBm時(shí),非簡(jiǎn)并PS-FOPA使初始光譜平坦度為8.9 dB的光頻率梳光譜平坦度達(dá)到1.9 dB,而PI-FOPA提高光譜平坦度達(dá)到1.58 dB,且非簡(jiǎn)并PS-FOPA相比于PI-FOPA具有4.77 dB增益優(yōu)勢(shì)。這些研究結(jié)果為非簡(jiǎn)并PS-FOPA應(yīng)用到DWDM光通信系統(tǒng)中提供了理論依據(jù)。振幅鍵控(Amplitude Shift Keying, ASK)是應(yīng)用在光通信系統(tǒng)中的一種基本調(diào)制格式,研究PI-FOPA對(duì)其的應(yīng)用是非常有意義的。本論文應(yīng)用PI-FOPA將兩個(gè)ASK光信號(hào)合成,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)4-ASK信號(hào),理論和實(shí)驗(yàn)研究了泵浦光的功率與信號(hào)光的功率和消光比對(duì)4-ASK信號(hào)的相對(duì)消光比(Relative Extinction Ratio, REX)的影響。實(shí)驗(yàn)得出：輸入信號(hào)光的消光比與泵浦光的功率對(duì)輸出4-ASK光信號(hào)產(chǎn)生了很大影響,而輸入信號(hào)光的功率對(duì)其幾乎沒有影響。這些研究結(jié)果對(duì)基于FOPA的光碼分多址-自由空間光(Optical Code Division Multiple Access-Free Space Optics, OCDMA-FSO)通信系統(tǒng)接收機(jī)的研究探索了技術(shù)方案。為了使OCDMA-FSO通信系統(tǒng)接收機(jī)回避光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)解調(diào)OCDMA信號(hào)方案的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和限制,可在電域上靈活地改變編碼序列長(zhǎng)度以適應(yīng)OCDMA-FSO通信系統(tǒng)復(fù)雜多變的外界天氣條件,本論文設(shè)計(jì)了一種基于PI-FOPA/級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA的OCDMA-FSO通信系統(tǒng)接收機(jī)新方案,定義并推導(dǎo)了其噪聲容限(Noise Tolerance, NT),分析了泵浦光的功率和消光比與信號(hào)光的功率和消光比對(duì)NT的影響。仿真研究表明：當(dāng)提高泵浦光功率到5 W、編碼序列長(zhǎng)度到256時(shí),基于PI-FOPA/級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA的OCDMA-FSO通信系統(tǒng)接收機(jī)NT值分別被提高了18.77 dB和21.65 dB。本論文最后對(duì)整個(gè)研究工作進(jìn)行了總結(jié),并指出存在的不足之處及其改進(jìn)措施。
【關(guān)鍵詞】：四波混頻 光纖參量放大器 相位敏感型光纖參量放大器 光頻率梳 自由空間光 光碼分多址
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN722;TN929.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 參量放大概述12-13
• 1.2 光纖參量放大器的研究13-17
• 1.3 相位敏感參量放大器的研究17-20
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排20-21
• 參考文獻(xiàn)21-26
• 第二章 PS-FOPA的增益及其機(jī)理26-48
• 2.1 參量過程26-33
• 2.2 PS-FOPA的增益33-39
• 2.2.1 簡(jiǎn)并PS-FOPA35-37
• 2.2.2 非簡(jiǎn)并PS-FOPA37-39
• 2.3 級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA的增益39-45
• 2.4 本章小結(jié)45
• 參考文獻(xiàn)45-48
• 第三章 基于HNLF的級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA研究48-70
• 3.1 PI-FOPA的增益特性48-57
• 3.1.1 增益特性的仿真分析48-51
• 3.1.2 增益特性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證51-57
• 3.2 級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA增益的實(shí)驗(yàn)分析57-61
• 3.3 級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA的功率均衡61-67
• 3.3.1 基于DCF功率均衡原理62-64
• 3.3.2 功率均衡仿真設(shè)置64-65
• 3.3.3 DCF對(duì)功率均衡的影響65-67
• 3.4 本章小結(jié)67-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 第四章 非簡(jiǎn)并PS-FOPA在光頻率梳中的應(yīng)用70-82
• 4.1 光頻率梳70-71
• 4.2 基于FOPA的光頻率梳71-73
• 4.3 非簡(jiǎn)并PS-FOPA放大光頻率梳的研究73-79
• 4.3.1 適用于非簡(jiǎn)并PS-FOPA的光頻率梳73-74
• 4.3.2 基于PI-FOPA/非簡(jiǎn)并PS-FOPA放大光頻率梳的仿真設(shè)置74-76
• 4.3.3 泵浦光功率對(duì)光頻率梳光譜的影響76-79
• 4.4 本章小結(jié)79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 第五章 級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA在OCDMA-FSO通信系統(tǒng)中的應(yīng)用82-110
• 5.1 4-ASK信號(hào)生成83-88
• 5.1.1 4-ASK信號(hào)的REX與實(shí)驗(yàn)設(shè)置83-85
• 5.1.2 信號(hào)與泵浦光對(duì)4-ASK信號(hào)REX的影響85-88
• 5.2 基于PI-FOPA的OCDMA-FSO通信系統(tǒng)接收機(jī)88-100
• 5.2.1 OCDMA-FSO通信系統(tǒng)88-91
• 5.2.2 基于PI-FOPA的OCDMA-FSO通信系統(tǒng)接收機(jī)原理91-94
• 5.2.3 接收機(jī)性能仿真設(shè)置94-96
• 5.2.4 信號(hào)與泵浦光對(duì)接收機(jī)性能影響96-100
• 5.3 基于級(jí)聯(lián)非簡(jiǎn)并PS-FOPA的OCDMA-FSO通信系統(tǒng)接收機(jī)100-106
• 5.3.1 接收機(jī)原理及仿真設(shè)置101-102
• 5.3.2 信號(hào)與泵浦光對(duì)接收機(jī)性能影響102-106
• 5.4 本章小結(jié)106-107
• 參考文獻(xiàn)107-110
• 第六章 總結(jié)與展望110-114
• 附錄1 對(duì)NT定義的解釋及推導(dǎo)過程114-120
• 附錄2 縮略語120-122
• 致謝122-124
• 攻讀博士學(xué)位期間承擔(dān)的科研項(xiàng)目與主要成果124

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本文編號(hào)：408270