FRA中增益平坦化和泵浦灯数量的数值模拟与优化

一、FRA中增益平坦与抽运光数目的数值模拟与优化（论文文献综述）

肖鸣杰^[1]（2018）在《TDM抽运光纤喇曼放大器增益平坦及色散研究》文中研究表明现代社会由于信息的迅猛发展,传统的光纤通信系统使用掺铒光纤放大器（EDFA）进行信号放大受到非线性效应、增益波长范围固定、增益带宽不平坦、光浪涌等问题的制约。光纤喇曼放大器（FRA）由于超宽带光纤放大、传输光纤本身就是增益介质、噪声指数低、可实现分布式放大等一系列优点而成为目前解决以上问题的方案。然而,光纤喇曼放大器也有增益不平坦及色散等问题,需要对光纤喇曼放大器做进一步优化处理,解决好增益平坦以及色散问题。解决光纤喇曼放大器增益平坦化问题通常采用空间波分复用法,就是用不同波长的抽运源同时抽运。然而采用此方法会使抽运光之间产生相互作用,引起非线性效应和四波混频效应（FWM）。本文采用时分复用（TDM）抽运光纤喇曼放大器的方式,可以有效避免抽运源之间的相互作用而产生的非线性效应,而且采用后向抽运信号光的方式,以避免采用前向抽运信号光时产生较大的非线性效应以及放大的自发辐射（ASE）。本文以电磁波理论为基础,根据麦克斯韦方程组以及光纤受激喇曼散射原理进行光纤喇曼放大器的理论模型推导,建立了光纤喇曼放大器的开关增益的表达式,研究了TDM抽运脉冲占空比组合对光纤喇曼放大器的作用。通过数值仿真发现,TDM抽运光纤喇曼放大器增益平坦随抽运光占空比组合的不同产生变化。最后选取最优的抽运光占空比组合,实现了时分复用抽运光纤拉曼放大器增益的平坦化,获得了较好的信号增益输出,并发现随着时分复用周期的不同,光纤增益平坦也会产生影响。为了研究TDM抽运光纤喇曼放大器的色散行为,本文通过选取合适光脉冲研究了不同数量抽运源以及群速度色散（GVD）对TDM抽运光纤喇曼放大器的信号光的影响,通过选取合适的抽运源波长及数量,可以获得较好的输出脉冲。当传输距离较短（光纤色散累积较小）时,色散作用可以忽略,但是当传输距离较长时,选取合适的GVD色散参量光纤可以获得更优的输出脉冲。并进一步分析了TDM抽运光纤喇曼放大器的四阶色散补偿。结果表明选用合适的初始啁啾参量可以延长光脉冲的传输距离,增加系统的稳定性。

王丹燕,姜海明,谢康^[2]（2014）在《反向多抽运光纤拉曼放大器偏振相关增益研究》文中提出基于光纤拉曼放大器（FRA）的非线性耦合方程,采用数值计算的方法系统研究了反向多抽运FRA中的偏振相关增益（PDG）,其中包括FRA系统中由所有光波拉曼相互作用所产生的PDG、由抽运-信号拉曼相互作用所产生的PDG、由抽运-抽运拉曼相互作用所产生的PDG以及由信号-信号拉曼相互作用所产生的PDG。研究结果表明,相比于单抽运FRA系统,多抽运FRA系统不仅可以获得较平坦的拉曼增益谱而且可以使整个增益带宽内的PDG较均匀。此研究不仅可以有效地估计反向多抽运FRA系统中分别由抽运-信号、抽运-抽运、信号-信号之间拉曼相互作用所产生的PDG,而且对有效降低FRA系统中的PDG提供重要的参考价值。

王亮^[3]（2009）在《光纤拉曼放大器增益平坦化问题及增益偏振依赖性的研究》文中研究表明光纤拉曼放大器（FIBER RAMAN AMPLIFIER,FRA）基于受激拉曼散射机制,以传输光纤作为增益介质,具有增益波长由抽运波长决定,噪声系数低,良好的宽带放大特性等优势,是一种能在1270nm到1670nm的全波段进行光放大的器件。随着高功率半导体抽运光源的出现和光纤光栅技术的发展,FRA成为近年来研究的热点,在光通信方面具有广泛的,极具吸引力的应用前景。本论文围绕FRA展开工作,主要在FRA功率传输方程的数值求解,FRA增益平坦的优化设计以及增益的偏振依赖特性方面进行了较为深入的研究。首先,本文采用数值分析中经典的龙格-库塔法反复迭代去求解功率传输方程,采用了一种修正后的功率传输方程的计算模型以降低龙格-库塔法的截断误差。同时,针对多波长反向泵浦FRA数值求解中出现的两点边值问题,改进了一种快速收敛的加权平均算法,在求解过程中对信号光和泵浦光同时进行加权平均处理。在MATLAB下数值求解的结果表明,通过对光纤进行合理分段,在权重因子选取适当的情况下,该加权平均算法显示出了较为出色的收敛特性。其次,本文改进了一种基于神经网络的优化算法通过对泵浦功率配置进行优化,以得到具有较理想增益平坦度的FRA信号增益谱。与原优化算法相比,改进后的算法通过引入学习因子以获得更快的收敛速度;考虑了泵浦波之间的拉曼相互作用,在选定合适的波长和七系数的情况下,得到了更好的优化结果。最后,用概率论的方法分析了光纤拉曼放大器中偏振依赖增益（PolarizationDependent Gain,PDG）的统计特性,比较了由于光纤参量和泵浦方式的不同所导致的对偏振依赖增益的影响,并在双向泵浦中引入了泵浦方向度的概念,分析出了在总功率一定的条件下,泵浦方向度对偏振依赖增益的影响。

刘国华^[4]（2007）在《高功率光纤激光器的理论研究》文中研究表明由于高功率双包层光纤激光器具有光束质量好、效率高、结构紧凑和散热性好等特点,近年来发展迅速,已广泛应用于光通信、激光加工、激光医疗和军事等领域。本论文利用数值模拟和理论分析的方法,对高功率掺镱双包层光纤激光器进行了深入系统的研究,为高功率光纤激光器的设计提供了理论依据。（1）根据高功率掺镱双包层光纤激光器的速率方程,推导出其近似解析式,并进行了数值模拟。研究了光纤中的激光和抽运光的分布特性,详细分析了光纤激光器的结构参量对输出特性的影响。（2）研究了LD尾纤与双包层光纤的侧面耦合,得到耦合效率与倾斜角的关系式,并进行了数值模拟。结果表明,存在一个最佳斜角,使得耦合效率取极大值。（3）建立了高功率掺镱双包层光纤激光器在多种抽运方式下的理论模型,推导出其近似解析式,并进行了数值模拟。研究了不同抽运方式对光纤激光器输出特性的影响。模拟结果表明,采用空间多点抽运方式,可以使抽运光在光纤中的分布更加平坦,从而使激光在光纤轴向上均衡地增大。（4）从热传导方程出发,推导出高功率掺镱双包层光纤激光器中温度分布的表达式,并数值模拟了光纤轴向和径向的温度分布。结果表明,采用空间多点抽运方式,可以使温度在整个光纤长度上均衡分布,而输出功率没有明显下降。选择适当的抽运光数目、合理设置抽运光注入位置,优化抽运光功率,可以降低光纤的温度,使温度分布更平坦。（5）研究了高功率双包层光纤激光器的受激喇曼散射和受激布里渊散射,利用打靶算法,对其进行了数值模拟。模拟结果表明,减小光纤长度、增大纤芯直径和降低掺杂浓度,可以提高受激喇曼散射和受激布里渊散射的阈值抽运光功率,从而抑制非线性效应。（6）研究了以闪耀光栅为色散元件的高功率掺镱双包层光纤激光器阵列的谱叠加技术,n个不同波长的激光束,经光栅衍射后在近场和远场重叠在一起,激光束的衍射效率>99%。（7）探讨了光热折变无机玻璃布拉格体光栅对宽谱、发散光束的衍射特性,研究了两束激光的体光栅谱叠加原理和技术,推导出衍射效率表达式,利用此式可以对体光栅的参量进行优化设计。（8）阐述了种子源主振荡放大光纤激光器的工作原理,并借助行波放大的暂态方程,对种子源脉冲放大进行了数值分析。

孟超^[5]（2007）在《宽带光纤拉曼放大器泵浦配置的研究》文中研究说明当前密集波分复用技术（DWDM）已成为提高光纤通信系统传输容量最有效的技术，掺铒光纤放大器（EDFA）由于其增益带宽等方面限制已难以满足DWDM需要，而以传输光纤为增益介质的光纤拉曼放大器（FRA）由于具有可实现超宽带放大、增益波段由泵浦波长决定、能够进行分布式放大、噪声性能好等优点得到广泛关注，日益成为研究热点。由于单波长泵浦FRA的增益曲线很不平坦，为获得更宽和更平坦的增益谱，一般采用多波长泵浦，并且需要优化设计FRA的泵浦配置。本文对宽带光纤拉曼放大器的泵浦配置做了研究。首先，基于经典的Runge-Kutta算法反复迭代求解FRA的功率耦合方程，求解过程中综合考虑了信号衰减、信号光、泵浦光以及各种噪声之间的各种相互作用，相比于其它求解方法，该方法求解精度更高，并且取得了较快的收敛速度。其次，应用粒子群优化算法（PSO）优化反向多波长泵浦FRA的泵浦波长和泵浦功率，在改进优化算法的基础上，仅仅应用6个泵浦波，得到的增益带宽达100nm，最大增益波动小于0.6dB的拉曼平坦增益谱。与国内应用其它优化算法得到的结果相比，无论增益谱宽度还是增益平坦度都处于较优状态。最后，研究了增益谱宽超过100nm的超宽带FRA的优化设计。一开始讨论了在宽带FRA优化设计中影响其增益平坦度的几个重要参数，分析表明，宽带FRA的增益带宽、增益大小以及增益平坦度三者存在制约关系，设计中需要合理平衡三者关系；接下来讨论了拉曼放大器的噪声特性以及抑制方法；最终优化仿真中，应用12个泵浦波，优化设计得到了一种增益谱涵盖大部分S波段，几乎全部的C波段和L波段，平坦增益带宽135nm的超宽带FRA。仿真结果表明，FRA能够独立实现超宽带放大，其增益带宽具有其它类型光放大器无法比拟的优势，必将成为未来超宽带光放大器的一种重要选择。

周莉,闻传花^[6]（2005）在《宽带FRA中同时实现信号增益与噪声平坦的快速算法》文中认为首先优化了多波抽运拉曼光纤放大器的功率耦合方程,并利用小信号方法解决反向抽运的边值问题,其次采用遗传算法同时实现了信号增益谱和噪声谱的平坦.计算表明:双向抽运方式下系统噪声谱在C+L波段（1.531.61μm）比反向抽运更为平坦;抽运光数目与增益平坦度呈非线性关系并存在下限值.通过多次测试,对于10波抽运,100信道的DWDM系统（带宽为80 nm）,增益波动小于1 dB的优化时间可控制在400 s以内.

王勇^[7]（2005）在《宽带拉曼光纤放大器增益平坦特性的研究》文中指出拉曼光纤放大器（FRA）是一种光纤基的全波段放大器。由于具有可分布式放大、增益高、输出功率大、响应速度快、可降低非线性影响、噪声特性好等诸多优点,因而,随着DWDM长距离传输系统的大量应用,FRA的重要性日渐显露。 本文利用理论分析与实验结合的方式对拉曼光纤放大器的增益平坦特性进行了研究。首先,在简化功率耦合方程的基础上,引入遗传算法优化抽运光数目与抽运功率,同时实现了信号增益谱和噪声谱的平坦。计算结果表明:双向抽运方式下,系统噪声谱在C+L波段比反向抽运更为平坦;通过多次测试,对于10波抽运,100信道的DWDM系统（带宽为80nm）,增益波动小于1dB的优化时间可控制在400s以内。与国内同类优化算法相比,优化时间及精度处于最优状态;其次,首次采用反向传播（BP）神经网络研究拉曼光纤放大器（FRA）中增益带宽、增益平坦度与抽运光数目配置的非线性依赖关系,利用其对于输入、输出参量已知,但解析关系未知的函数具有良好逼近能力的这一特点,构造了2-5-1型网络。同时得到,在增益平坦度确定的条件下,不同增益带宽处,抽运光数目必存在下限值。 最后,实验验证本文采用的平均功率法及遗传算法的正确性与稳定性;同时验证了对于同一组输入信号,在不同抽运光功率条件下,开关增益在抽运光功率较小时随着抽运光功率的线性增加而线性增加,即在此情况下拉曼光纤放大器不容易出现饱和,饱和增益较高;但当抽运光功率继续增大超过200mW时,开关增益成非线性增加,出现了饱和现象。对于两组输入光,在小信号低增益的情况下,拉曼光纤放大器的增益几乎与信号光的功率无关,只与抽运光的功率有关。

王勇,潘炜,罗斌,陈建国,赵峥,严云富^[8]（2004）在《FRA中增益平坦与抽运光数目的数值模拟与优化》文中研究指明采用神经网络的方法,利用其对于输入、输出参量已知,但解析关系未知的函数具有良好逼近能力的这一特点,构造了双层（2-5-1 型）反向传播（BP）神经网络。利用数值优化技术的 LM 算法训练该网络,获得了宽带拉曼光纤放大器（FRA）中增益带宽、增益平坦度与抽运光数目配置的非线性依赖关系。模拟结果表明:在增益平坦度确定的条件下,不同增益带宽处,抽运光数目必存在下限值。

二、FRA中增益平坦与抽运光数目的数值模拟与优化（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、FRA中增益平坦与抽运光数目的数值模拟与优化（论文提纲范文）

（1）TDM抽运光纤喇曼放大器增益平坦及色散研究（论文提纲范文）

（2）反向多抽运光纤拉曼放大器偏振相关增益研究（论文提纲范文）

（3）光纤拉曼放大器增益平坦化问题及增益偏振依赖性的研究（论文提纲范文）

（4）高功率光纤激光器的理论研究（论文提纲范文）

（5）宽带光纤拉曼放大器泵浦配置的研究（论文提纲范文）

（7）宽带拉曼光纤放大器增益平坦特性的研究（论文提纲范文）

（8）FRA中增益平坦与抽运光数目的数值模拟与优化（论文提纲范文）

四、FRA中增益平坦与抽运光数目的数值模拟与优化（论文参考文献）

• [1]TDM抽运光纤喇曼放大器增益平坦及色散研究[D]. 肖鸣杰. 华南理工大学, 2018(12)
• [2]反向多抽运光纤拉曼放大器偏振相关增益研究[J]. 王丹燕,姜海明,谢康. 中国激光, 2014(09)
• [3]光纤拉曼放大器增益平坦化问题及增益偏振依赖性的研究[D]. 王亮. 西南交通大学, 2009(03)
• [4]高功率光纤激光器的理论研究[D]. 刘国华. 华中科技大学, 2007(05)
• [5]宽带光纤拉曼放大器泵浦配置的研究[D]. 孟超. 西南交通大学, 2007(04)
• [6]宽带FRA中同时实现信号增益与噪声平坦的快速算法[J]. 周莉,闻传花. 武汉大学学报(理学版), 2005(S2)
• [7]宽带拉曼光纤放大器增益平坦特性的研究[D]. 王勇. 西南交通大学, 2005(06)
• [8]FRA中增益平坦与抽运光数目的数值模拟与优化[J]. 王勇,潘炜,罗斌,陈建国,赵峥,严云富. 光电工程, 2004(12)

标签：光纤激光器论文;  光纤放大器论文;  色散系数论文;  光功率论文;  拉曼散射论文;