抽运饱和及信道问受激拉曼散射效应对反向抽运分布式光纤拉曼放大器增益谱的影响

在宽带密集波分复用(DWDM)系统中，后向抽运分布式光纤拉曼放大器(B-DFRA)会引入在小信号条件下无需考虑的两种效应：抽运饱和效应(PS)使拉曼增益减小；拉曼放大使信道间受激拉曼散射(SRS)效应增强，产生附加拉曼倾斜效应(ART)。将后向抽运分布式光纤拉曼放大器的增益谱分解为拉曼抽运的放大作用和信道间受激拉曼散射效应产生的倾斜作用，通过对各种工作条件下实际后向抽运分布式光纤拉曼放大器增益谱的优化计算，研究了抽运饱和效应和附加拉曼倾斜效应对后向抽运分布式光纤拉曼放大器增益谱的影响。计算发现抽运饱和效应取决于信道输出功率，附加拉曼倾斜效应由信道输入功率和输出功率共同决定，进而通过抽运饱和效应和附加拉曼倾斜效应的大小可以将后向抽运分布式光纤拉曼放大器的工作条件划分为三个区域，并讨论了不同工作条件下后向抽运分布式光纤拉曼放大器的简化分析方法。     

双向泵浦受激拉曼散射增益谱平坦光纤放大器

研究现有的拉曼光纤放大器(Raman Fiber Amplifier,RFA)增益谱平坦化技术的不足,提出一种新型的拉曼光纤放大器的设计,即双向泵浦受激拉曼散射增益谱平坦光纤放大器。利用受激拉曼散射增益谱几乎在450cm-1波数处形成的对称结构,利用前向泵浦与信号光产生的频移对信号光进行放大作用,同时利用后向泵浦与信号光产生的频移对信号光进行补偿性的放大作用,从而实现双向泵浦受激拉曼散射增益谱平坦光纤放大器的设计。通过MATLAB的仿真验证,所设计的放大器增益平坦度高,信号光功率增益大,可实现双向泵浦受激拉曼散射光纤放大器的平坦化。     

分布拉曼光纤放大的实验研究

采用符合ITU-T标准的G波段40信道波分复用(WDM)光源对分布式拉曼放大器(DRA)的特性进行了实验研究。对不同抽运方式及不同光纤长度的分布式拉曼放大器性能作了较为详细的报道。在抽运功率相同的条件下，选用50km单模光纤对比研究了不同抽运方式的拉曼放大器增益和噪声。通过对不同光纤长度的分布式拉曼放大器的实验研究发现，在较低抽运功率且输入信号功率较低的情况下，随着光纤长度增加，拉曼增益也增加，有效噪声系数减小。研究了分布式拉曼放大器对波分复用通信系统信噪比的改善，实验发现不同抽运功率下，拉曼放大器对系统信噪比的改善随抽运功率增加而增加，但是不成线性关系，而且最终会出现饱和。     

多个定波长抽运宽带光纤拉曼放大器的设计

提出了一种新的光纤拉曼增益谱的测量方法,通过光纤的受激拉曼谱和自发辐射谱的解调而获得拉曼增益谱图,同时利用该方法用于3个波长为1428nm,1445nm,1467nm抽运的宽带光纤拉曼放大器的设计,得到最大开关增益13dB,1dB带宽34nm的拉曼放大,与小信号增益法测量结果一致.实际证明:该方法快速简单、实时性强,具有实际应用价值.     

波长1.65μm的光纤受激拉曼散射放大器

制成了工作波长为 1.65μm的光纤受激拉曼散射放大器。研制了波长1.53μm的双级磷酸盐光纤爱激拉曼散射转换器抽运该放大器，制成信号增益带最大值位于1.6-1.7μm的放大装置。受激拉罢散射放大器的基质是芯中GeO2分子含量25%的光纤。不同输入信号功率时的增益系数为20-25dB 。计算表明，使用标准通信光纤(GeO含量低的）可通过降低光纤接合处的光学损耗提高该系统的增益系数。     

两级串级拉曼放大器

分布式拉曼放大器利用传输光纤作为增益介质可以边传输边放大,有效地提高系统性能.传统的分布式拉曼放大器通常是把频差落在拉曼峰值附近的信号光和抽运光同时注入光纤中,使信号光在抽运光的一级Stokes波位置被放大.但是拉曼放大阈值一般很高,通常需要抽运光功率达到瓦量级.根据受激拉曼散射的频移规律,K.C.Byron提出一种两级的串级拉曼放大器结构,就是使信号光在抽运光二级Stokes波的位置被放大,同时在一级Stokes波的位置注入一小的功率,就可以获得较大的增益,从而有效的降低直接抽运光的功率. K.C.Byron使用的是信号光和两个抽运光同向传输的抽运方式.本文分析了基于这种串级拉曼放大思想的另外两种抽运方式,并对三种抽运方式作了比较,通过使用四阶龙格-库塔方法,求出了信号光和抽运光的耦合方程的数值解,模拟了相同入射功率下,不同抽运方式下信号光在长80 km的通信光纤中的放大特性.同时求出了获得相同增益各自所需的功率.(PB1)     

TDM抽运光纤拉曼放大器增益平坦的研究

讨论了分时复用(TDM)抽运光纤拉曼放大器的增益平坦特性,基于拉曼增益谱理论,建立了光纤拉曼放大器的开关增益与光纤特性的关系表达式.通过数值模拟发现,信号增益平坦随抽运功率组合的不同有规律地起伏变化.通过优化抽运功率组合,实现了TDM抽运光纤拉曼放大器增益的平坦化.     

色散补偿型光纤拉曼放大器的增益和噪声指数的实验研究

对S波段的色散补偿型分布式光纤拉曼放大器(FRA)进行了研制。本放大器中采用了先进的光纤拉曼激光器作为抽运源,并对5 km DCF-50 km G652光纤色散补偿型分布式FRA分别进行了前向抽运和后向抽运,测量了其前向和后向增益光谱和噪声谱,结果表明后向抽运方式在增益和噪声特性方面优于前向抽运方式。对色散补偿型分布式FRA在后向抽运方式下的增益和噪声指数随抽运功率的变化而变化的规律进行了实验研究,结果表明其增益随抽运功率的增大而增大,噪声指数随增益的增大而减小。为比较色散补偿型分布式FRA和分布式FRA在增益和噪声方面的性能,分别测量了上述两种光纤拉曼放大器在后向抽运方式下的增益谱和噪声指数谱,结果表明: 5 km DCF-50 km G652光纤制成的色散补偿型分布式FRA的增益和噪声特性,均优于由50km-G652光纤制成的分布式FRA。本文对实验结果进行了理论分析。     

包层抽运掺镱光纤激光器中受激拉曼散射和受激布里渊散射效应

高功率光纤激光器大多选用掺镱双包层光纤作为增益介质,由于光纤尺寸较小,极易在光纤谐振腔中产生受激布里渊散射、受激拉曼散射效应。包层掺镱双包层光纤激光器中一旦发生受激拉曼散射和受激布里渊散射效应,其产生高强度信号成为高功率光纤激光器的主要噪声来源,影响激光输出的特性和稳定性。对包层抽运掺镱光纤激光器中的受激布里渊散射和受激拉曼散射进行了实验研究,在单模双包层光纤中观察到受激布里渊散射和受激拉曼散射。实验结果表明,在光纤谐振腔中,抽运方式、谐振腔输出镜损耗、受激瑞利散射对受激布里渊散射的影响较大,尤其是受激瑞利散射为谐振腔提供了附加反馈,不仅压窄激光信号的线宽,而且使得受激布里渊散射的阈值迅速降低。     

色散补偿型光纤拉曼放大器的增益和噪声指数的实验研究

对S波段的色散补偿型分布式光纤拉曼放大器(FRA)进行了研制。本放大器中采用了先进的光纤拉曼激光器作为抽运源,并对5km DCF-50km G652光纤色散补偿型分布式FRA分别进行了前向抽运和后向抽运,测量了其前向和后向增益光谱和噪声谱,结果表明后向抽运方式在增益和噪声特性方面优于前向抽运方式。对色散补偿型分布式FRA在后向抽运方式下的增益和噪声指数随抽运功率的变化而变化的规律进行了实验研究,结果表明其增益随抽运功率的增大而增大,噪声指数随增益的增大而减小。为比较色散补偿型分布式FRA和分布式FRA在增益和噪声方面的性能,分别测量了上述两种光纤拉曼放大器在后向抽运方式下的增益谱和噪声指数谱,结果表明：5km DCF-50km G652光纤制成的色散补偿型分布式FRA的增益和噪声特性,均优于由50km—G652光纤制成的分布式FRA。本文对实验结果进行了理论分析。     

A computer model of non-dispersion-limited stimulated Ramanscattering in optical fiber multiple-channel communications

The development of a computer model for non-dispersion-limited stimulated Raman scattering (SRS) in optical fiber multiple-channel communication systems is reported. The model takes into account the pump depletion due to SRS and the different attenuation coefficients at different wavelengths of operation. It can calculate the SRS effects in any fiber, provided the Raman gain profile for that fiber is known. Thus, the model is general in nature and can be used for a number of problems. It can be used to calculate the output power of all the channels, given the input of every channel and its operating wavelength. It can also be used, at least in principle, to determine the input power level if a desired level of output power is required. Moreover, it can be used to estimate the optical amplification of a signal due to SRS. This is possible because the governing equations for all of these processes are similar and therefore can be solved using the same approach     

DWDM系统中色散对受激喇曼散射的影响

研究了光纤色散对波分复用(WDM)系统中受激喇曼散射(SRS)非线性效应的影响.提出了一种简便且物理意义明确的分析计算模型,它适合于任意输入信号、任意信道数,以及不同的色散参量.基于该模型,深入分析了两信道光纤通信系统中,各种色散参量下,色散对SRS的影响,得出了色散能减小SRS效应所引起的输出功率的波动的结论,并且给出了在不同色散参量下,输出功率标准差随距离变化的曲线.     

基于碲基光纤SRS效应的全光波长转换研究

通过对碲基光纤拉曼增益谱曲线进行线性拟合,利用光纤中N信道前向瞬态受激拉曼散射效应(SRS:Stimulated Raman Scattering)的非色散限制的分析理论对碲基光纤拉曼波长转换进行了数值模拟,并对影响拉曼波长转换的因素进行了分析,同时与普通硅基光纤拉曼波长转换进行了比较。结果表明:在采用同样功率泵浦信号光的情况下,较普通硅光纤波长转换而言,利用碲基光纤进行拉曼波长转换采用的光纤长度较短,且得到的峰值转换效率高。     

熔石英喇曼增益谱的近似计算模型研究

在DWDM系统中,当输入光功率超过门限时,会产生信道间功率转移的受激喇曼散射（SRS）效应,并且随着信道数目的增多,信道容量的增大,输入信道的功率迅速增长,信道间功率转移的受激SRS效应增强。使用分段二次函数对熔石英喇曼增益谱进行了最小二乘拟合,提出新的熔石英喇曼增益谱的近似计算模型,提高了熔石英喇曼增益谱计算的精度。     

具有多个点损耗的DFRA开关增益定量分析模型

基于忽略泵浦光损耗的正向拉曼光纤放大器耦合方程,推出光纤中存在多个熔接(点)损耗情况下正向(及反向)泵浦光的分布式拉曼光纤放大器(DFRA)增益的定量分析模型,进而推出由不定长光纤小段、且各小段增益系数不同、各小段之问存在熔接(点)损耗DFRA增益的定量分析模型。并针对DWDM系统的增益模型,在考虑了熔接点对信号光之间产生的泵浦作用的损耗,将上述模型进行了修订。上述两种情况下的模型,较之以往的定性的分析文献[3][4]给出定量分析公式和明确的物理解释,并指出熔接损耗点越靠近泵浦光的输入端,对DFRA拉曼开关增益的影响越大(使其越小)。为了考查模型的正确性及适用性,由具有泵浦光之间、信号光之间、泵浦光及信号光之间反相DFRA耦合方程的仿真程序进行了验证,误差不超过0.02dB。最后得出对实际DFRA设计十分有益的结论:当每3公里一个熔接点损耗系数小于0.092dB 时(实际系统中最坏情况下损耗有0.1dB),跨距小于120公里的拉曼光纤放大器的开关增益较无熔接点损耗时下降小于10%。这说明在已铺设的光纤传输系统中使用拉曼放大器是可行的,本文中具有点损耗的DFRA开关增益公式可作为实际DFRA系统设计参考标准。     

复杂条件下分布光纤拉曼放大器噪声特性的解析表达式

在同时考虑抽运光和信号光之间不同偏振态、多波长抽运以及抽运光和信号光损耗系数不同的情况下 ,导出了分布光纤拉曼放大器 (DFRA)的等效噪声系数解析公式 ,并据此定量研究了抽运光和信号光之间的偏振关系对DFRA特性的影响以及DFRA与掺铒光纤放大器 (EDFA)级联时系统光信噪比 (OSNR)的改善ΔOSNR。指出 :随着DFRA开关增益的增加 ,ΔOSNR会由线性增加逐渐变为对数增加而趋于饱和。解析结果与已发表文献的数值模拟结果基本吻合     

光纤拉曼放大器的最大拉曼增益特性

为了分析同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器的最大拉曼增益,基于耦合微分方程,采用理论推导的方法,根据不同抽运结构下信号光放大的不同实际情况定义并推导出同向抽运光纤拉曼放大器和反向抽运光纤拉曼放大器的最大拉曼增益公式。然后,详细分析了各个参数对两种抽运方式下光纤拉曼放大器的最大拉曼增益的影响。对两种抽运方式下相同参数引起的最大拉曼增益进行了比较。结果表明,同样的参数对同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器最大拉曼增益的影响有相同的地方,也有不同的地方。最后,将最大拉曼增益和常用的开关增益进行了比较。对光纤拉曼放大器的实验、成本估计和器件效率等研究有重要参考意义。     

Crosstalk in fiber Raman amplification for WDM systems

The crosstalk between channels in Raman amplification for two-channel WDM system is calculated. Theory shows that severe crosstalk can occur even in the linear amplification (or pump undepletion) region. To ensure small crosstalk, the signal gain and injected pump power should be limited to values well below the threshold of Raman amplification. As a numerical example, a 30-dB gain penalty and 3-dB pump power penalty occur when a 30-dB signal-to-interference ratio (SIR) is required. Thus, the conversion efficiency of Raman amplification in WDM systems is very low     

分布光纤拉曼放大器对光通信系统传输性能的改善

考察了后向抽运分布光纤拉曼放大器 (B DFRA)对光通信系统传输性能的改善。分别讨论了B DFRA的两种可能用途 :1)作为第一级预放器与掺铒光纤放大器 (EDFA)及光接收机一同构成接收终端。 2 )在一个有中继的长距离光通信系统中作为各级EDFA的预放器。针对这两种用途分别计算出B DFRA对系统性能的影响 ,并给出选择抽运功率的原则     

多泵浦喇曼放大器简化模型设计及泵浦优化

对多泵浦光纤喇曼放大器(FRA)功率传输方程进行了合理简化,得到密集波分复用系统(DWDM)信号合成喇曼增益的数学模型,分析了受激喇曼散射(SRS)对信号喇曼增益的影响。并在该简化模型基础上介绍了一种对泵浦波长分布和输入功率进行优化计算的方法,实现了超宽带平坦的喇曼增益谱,为多泵浦FRA在DWDM系统中的应用提供了有价值的参考。