基于拉曼放大的长距离BOTDR传感系统研究

布里渊光时域反射(BOTDR)系统可实现沿传感光纤的全分布式温度和应变传感,然而由于光纤损耗的存在,布里渊信号光在长距离传输后往往会淹没在噪声中,信噪比极低。对此,利用拉曼泵浦对光纤全段布里渊信号的增益效果,研究拉曼放大前后系统在测量距离方面的差异和不同泵浦功率对应的放大曲线。通过实验验证了基于拉曼放大的BOTDR传感系统测量距离可提高至100 km量级;在50 m空间分辨率下,成功实现了光纤末端103 km处的温度测量,获得了2.19℃的测量精度。

光纤拉曼放大器在单芯反馈式结构中的偏振相关性研究

本文围绕光纤拉曼放大器的偏振敏感性展开研究,从已有的拉曼放大器传输理论入手,基于拉曼增益系数和偏振相关系数,引入椭圆偏振光的椭圆率角和椭圆长轴方位角评判偏振态变化量,定义了基于拉曼开关增益的偏振相关增益波动系数评判拉曼偏振相关增益,然后分析了在单向泵浦和单芯反馈式结构中应用拉曼放大器前后的输出光偏振态变化情况,得到单芯反馈式结构中的工作光输出偏振态几乎不会发生改变的推论,并设计相关实验予以证明。实验结果证实了在单芯反馈式结构中工作光的输出偏振态基本不受拉曼增益影响,且工作光增益受偏振影响显著低于单向泵浦,即单芯反馈式结构中的拉曼增益对偏振敏感性低,增益更稳定。

基于SSA ELM和自适应差分进化算法的拉曼放大器设计

提出了一种将樽海鞘群算法优化极限学习机与自适应差分进化算法相结合的方法,并利用该方法优化多泵浦拉曼光纤放大器的参数配置。采用极限学习机构建泵浦参数和拉曼增益之间的非线性映射,并利用樽海鞘群优化算法对极限学习机参数进行优化获得最佳模型。对比分析了上述模型与BP神经网络和传统的极限学习机模型在评价指标方面的差异,结果表明本文所提出的模型预测性能较好。为了提高增益平坦性,利用自适应差分进化算法优化泵浦参数,得到最佳的参数配置。仿真结果表明,利用该方法设计出的拉曼放大器达到了预期效果,其目标增益与预测增益的最大误差不超过05dB。该方法为今后拉曼光纤放大器的设计提供了一种新的思路方法。

分布式光纤拉曼放大器研制的进展

对分布式光纤拉曼放大器研究的历史、基本原理、优化设计以及现状和进展进行了讨论.对S波段的色散补偿型分布式光纤拉曼放大器以及采用光纤拉曼激光器作为抽运源,在前向抽运和后向抽运条件下,对5kmDCF-50kmG652光纤色散补偿型分布式光纤拉曼放大器增益光谱和噪声谱进行了研究.设计和制作了光纤光栅的增益平坦滤波器,取得了较好的增益平坦效果.FRA-1型分布式光纤拉曼放大器在校园网进行了应用试验,取得了较好的试验效果.

海底光缆通信中拉曼放大器和掺铒光纤放大器的研究

拉曼放大器和掺铒光纤放大器(EDFA)是光纤通信系统中两种重要的光信号放大设备,它们的工作基本原理、特点都有相似的地方,也有不同之处。本文从拉曼放大器和掺铒光纤放大器的理论模型出发,数值研究两种放大器对输入光信号放大过程,研究两种光放大器在海底光缆通信场景的适用性,为未来网络建设规划提供理论依据。

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。

光纤拉曼放大器的原理和应用

光通信技术的发展要求拓宽光纤的可利用带宽并提高传输速率,因此中继放大成为光通信领域的关键技术之一.光纤拉曼放大器(FRA)以其优异的性能适应了当前中继放大技术的需要.为此了解FRA的工作原理、特点、分类以及主要应用是十分必要的.

基于二阶拉曼放大器的OTN超长距光传输系统的理论和实验研究

为了探究二阶拉曼放大在OTN超长距传输系统中的作用,对8×10 Gbit/s的333.5 km的OTN无中继传输系统进行了理论和实验研究。研究结果表明:与配置一阶拉曼放大器的系统相比,配置二阶拉曼放大器的OTN传输系统可以获得更高的传输指标。运用二阶拉曼放大器配置方案,可以将8信道10 Gbit/s OTN系统传输容限从59 dB提高至66.7 dB,系统平均OSNR为13.03 dB。实验系统与仿真系统采用同样的光学参数,结果表明二者较为吻合。

用打靶法求解双向泵浦的拉曼放大器传输方程

提出了用打靶法计算双向泵浦的拉曼放大器传输方程的算法。该算法不仅可以求解前向泵浦、背向泵浦的拉曼放大器传输方程,也可以计算双向泵浦的拉曼放大器传输方程。该算法利用了先猜测,再修正的逐渐逼近的方法来求解传输方程。利用该算法,对用三波长拉曼光纤激光器泵浦的拉曼放大器进行了优化设计,在波长分别为 1427nm,1445nm 和 1466nm,功率分别为500mW,120mW,400mW 时,获得了 1dB 带宽约为 40nm 的结果,并用试验进行了验证。

基于拉曼放大对色散渐减光纤的绝热压缩效果的优化

数值研究了光纤损耗对色散渐减光纤中基孤子脉冲的绝热压缩的影响,并分析了利用分布式的拉曼放大来提高DDF的绝热压缩效果的方案。结果表明:光纤损耗严重破坏了DDF对基孤子绝热压缩的效果; 采用分布式的拉曼放大能对DDF的绝热压缩起到很好的优化效果,获得更高的压缩因子和脉冲能量;当拉曼增益系数选取优化值0．27／LD时,脉宽为10 ps的基孤子脉冲压缩后可得到脉宽仅417 fs、脉冲能量增至5.9 倍、峰值功率增至136．3倍、基座能量比仅为2．8％的输出脉冲。

光纤拉曼放大器中拉曼阈值的理论分析

为探讨光纤拉曼放大器中的阈值条件,基于抽运光和信号光耦合方程组,推导了考虑抽运光能量转移给信号光能量时的阈值功率公式,并对满足阈值条件时光纤的最大损耗和最短长度进行了计算.将所得结果与文献中已有的阈值功率公式和近期实验结果作了比较,发现文中推导的阈值功率公式比原有的公式更严密,与实验结果更吻合.文中最后得出了设计光纤拉曼放大器时的最优抽运功率和光纤长度.

基于拉曼放大和半导体光放大的BOTDA

从理论上分析了基于拉曼放大的布里渊光时域分析系统(BOTDA),通过建立与拉曼放大有关的泵浦光和信号光的耦合方程,对信号光波形进行了数值仿真。仿真结果表明,双端拉曼放大技术可有效地补偿传感信号的传输损耗,提高系统测量精度。搭建了基于拉曼放大和半导体光放大(SOA)相结合的BOTDA分布式光纤传感系统,实验结果与仿真结果吻合较好,针对49.6 km的传感距离,空间分辨率达到40 m,温度分辨率1℃。

基于遗传算法的高增益宽带拉曼放大器的设计

对拉曼散射的耦合方程进行推导,得到不同泵浦光对拉曼增益贡献的表达式,改进了波长和功率两步优化的遗传算法.对波长的优化不考虑信号光之间的泵浦作用,大大减少了优化参数,对功率的优化则把忽略的信号光之间的泵浦作用考虑进去.构造了体现特定高增益和宽带平坦的适应度函数.分析了遗传算法的种群大小和选择方式.最后优化得到了使用8个泵浦波长,增益波动小于1dB的高增益(20dB)宽带(80nm)拉曼放大器.

拉曼放大布里渊光时域分析系统非局域效应

应用包含探测光、布里渊泵浦光及拉曼泵浦光相互作用理论模型,数值分析了基于拉曼放大的长距离布里渊光时域分析仪非局域化特性。结果表明:非局域化随探测光及拉曼泵浦功率增加而恶化;通过频分复用(将具有不同布里渊频移的光纤拼接)及时分复用技术(同时对布里渊泵浦及探测光进行脉冲调制),可有效缩短布里渊泵浦与探测光的作用距离,达到较理想的抑制非局域效应结果。

同向与反向抽运光纤拉曼放大器的增益比较

为分析同向抽运与反向抽运光纤拉曼放大器(FRA)的增益特性,基于已有的耦合微分方程,采用反向抽运中打靶法和龙格库塔法相结合的算法,得到相应结果;详细分析了所有参量对增益的影响,对两种抽运方式在小信号和大信号时分别进行比较,指出小信号时,同向和反向抽运FRA的增益相差不大;大信号时,同向抽运FRA的增益要高于反向抽运的,并且比反向抽运更难以达到增益饱和。

基于光子晶体光纤的拉曼放大器特性研究

研究了基于光子晶体光纤拉曼放大器的特性。在后向多抽运的情况下,利用不同的几何尺寸与掺锗浓度,全面研究了拉曼净增益、信号双重瑞利后向散射光信噪比及放大自发辐射光信噪比,并进行了模拟分析。计算、比较了该类放大器与基于单模光纤的拉曼放大器的性能。结果表明,在合理选择光纤几何尺寸与掺锗浓度的基础上,光子晶体光纤拉曼放大器具有更好的放大特性。

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。

光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声

提出了光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声的数学描述及其机理,并从实验上得到了后向自发拉曼散射噪声的光谱,后向拉曼散射光在泵浦的入射处有最大的光强,而在信号光出射处光强很小,这对光纤传输信号是有利的。在信号的输出端,自发拉曼散射的光强只与泵浦输入强度有关,而与增益光纤长度无关。

多波长泵浦宽带拉曼放大器功率增益研究

受激拉曼散射（ＳＲＳ）的Ｓｔｏｋｅｓ波谱线型比较复杂，本文分别采用Ｇａｕｓｓ线型和Ｌｏｒｅｎｔｚ线型，研究多波长泵浦宽带Ｒａｍａｎ放大器的增益特性，提出宽带增益平坦的多波长泵浦方案，研究表明增益平坦程度与泵浦波频率间隔密切相关。对Ｇ．６５２、Ｇ．６５３、Ｇ．６５５光纤和新型大有效面积非零色散平坦光纤的Ｒａｍａｎ放大增益分别进行了研究，结果表明Ｒａｍａｎ增益与光纤种类和光纤传输特性有关，特别是随光纤有效纤芯面积的增大而明显减小。

多波长宽带拉曼放大器的优化设计

简化多波长宽带拉曼放大器功率耦合方程,利用多步平均功率法进行数值计算得到密集波分复用系统信号的合成拉曼增益.对传统的模拟退火优化算法进行改进,并应用于宽带拉曼放大器增益谱的优化设计.提出新的目标函数,综合考虑增益带宽、开关增益、增益平坦度等特征参数.基于该简化模型和优化方法研究多泵浦光源的个数、输入功率和波长分布对信号拉曼增益的影响,揭示拉曼放大器增益带宽、开关增益、增益平坦度、泵浦数目等主要参数之间的内在联系.仿真结果显示,信号平坦增益带宽Δλ随着泵浦数的增多显著加宽,随开关增益的提高和平坦度的增加明显变窄.