拉曼光纤放大器的优化设计
拉曼光纤放大器及其增益控制方法与流程
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多泵浦宽带拉曼光纤放大器优化设计的研究
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图１宽带多波 长泵浦的ＦＲＡ的原理结构示意 图
图１给 出了一个 多波长 泵浦的ＦＲＡ的基本原理结构示
意 图。利用 高非线性 光子 晶体光 纤、色散 补偿光 纤或者
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍ ｕｌｔｉ—ｐｕｍｐｅｄ Ｒａｍ ａｎ ｆｉｂｅｒ ａｍ ｐｌｉｆｉｅｒ；ｇａｉｎ ｆｌａｔｎｅｓｓ；ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ；ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
０ 引 言 近年来 ，ＩＴ产业这 一新 名词不 断出现在 人们 的视 野 中 ，对 它 的讨 论也不 绝于耳 。而作 为其发展 进程 中必不 可少 的一环 ，人们对 通信容量 和带 宽传输 的要求 也在 日 益提高 。波分复用 （ＷＤＭ）光纤通信技术 是有效解决这一 迫切需求 的秘方 良药。但 是 ，ＷＤＭ系统 的发展需要有光放 大器做 其强有 力的后盾 。相较 昂贵且 复杂 的光一 电～ 光 （３Ｒ）中继放 大器 ，光放大器以其成本低、结构简单、对光 信 号 比特率和 调制透 明 的优 点 ，获得 更 多的研 究机 会 。 应用在ＷＤＭ光纤通信系统 中的光纤拉曼放大器 （ＦＲＡ）的 一 个 基 本 要 求 是 在 整 个 工 作 波 段 内 具 有 较 好 的 增 益 平 坦 度，这是 因为ＷＤＭ信号 的平坦度对各 路信号的光信噪 比 （ＯＳＮＲ）有重 要影响，并且 ，各信道之 间较大 的功率差异 会 增加ＷＤＭ信道解 复用器输 出端 的串话 。 目前，主要采 用两种 方法来 拓展光 纤放大 器 的平 坦增益 带宽 ：一种是
混合 光纤放 大器 ；另一种 是多波 长泵浦 的ＦＲＡ。 多波长泵 浦 的ＦＲＡ是采用 不 同激 射波长 的 多个 泵浦
Raman_EDFA混合宽带放大器增益谱优化的高效算法
文章编号:025827025(2003)102912205Raman +EDFA 混合宽带放大器增益谱优化的高效算法童 治,魏 淮,简水生(北方交通大学光波技术研究所,北京100044)摘要 采用遗传算法对Raman +EDFA 混合放大器的增益谱进行了优化,根据二能级近似的EDFA 模型及Raman 功率耦合方程获得了简洁的适应度函数形式,可以在短时间内获得最优的放大器参数。
计算表明,通过选择合适的拉曼抽运波长和抽运功率以及EDFA 的平均反转度,仅用三个抽运源反向抽运的分布拉曼放大器加C 波段EDFA 就可以获得在1542～1602nm 共60nm 1dB 的平坦增益谱而无需额外的平坦滤波器。
并对混合放大器的设计进行了讨论。
关键词 通信技术;光纤拉曼放大器;增益波动;遗传算法;掺铒光纤放大器;混合放大器;平均粒子反转度中图分类号 TN 929111 文献标识码 ANovel Method to Optimize H ybrid Amplif iers Consisting of DistributedR aman Amplif iers and EDFAsTON G Zhi ,WEI Huai ,J IAN Shui 2sheng(Institute of L ightw ave Technology ,Northern Jiaotong U niversity ,Beijing 100044,China )Abstract A novel method is proposed to optimize EDFA +Raman hybrid amplifiers based on genetic algorithm in this paper ,and a simple fitness function is achieved according to G iles two 2level approximation equations and Raman power 2coupled equations.The calculated results show that a flat gain profile from 1542to 1602nm ,with a maximum gain ripple less than 1dB can be obtained without any gain flatten filter ,by using only three Raman pump diodes with proper power and wavelength.And some useful design principles are discussed.K ey w ords communication technique ;fiber Raman amplifiers ;gain ripple ;genetic algorithm ;EDFAs ;hybrid amplifiers ;average population inversion 收稿日期:2002206207;收到修改稿日期:2002207217 作者简介:童治(1977—),男,江苏高邮人,北方交通大学光波技术研究所在读博士生,主要从事光纤通信、光放大器方面的研究。
多波长宽带拉曼放大器的优化设计
［ 摘 要］ 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 ， 示 拉 曼 放 大 器 增 益 带 宽 、开 关 增 益 、增 益 平 揭
达 到任 意平坦 度 的理想 增益 谱 ． 是 ， 但 由于泵浦 光 与泵 浦光 、 号 光与 信 号 光 以及 泵 浦 光与 信 号 光之 间 的受 信
激 拉曼散 射使 得整 个 系统具 有 高度 的非线 性 ， 择 泵浦 光 组 合来 获 得 特定 的增益 曲线 变 得非 常 困难 ． 选 目前 ， 尚没 有一 种较 为理 想 的配置 多波 长泵 浦 拉曼放 大器 泵浦 光 的方 法 ． 程设 计 中大都 凭 借经验 ， 动调 整泵浦 工 手 光 波长 和功率 等参 数 ， 以得 到好 的结果 ， 这种 方 法相对 耗 时 ． 但 因此 ， 需要 通过 计算 机优 化仿 真来 指导 实际 的 设计过 程 ．ｅ ｉ Ｐｒｎ等人 利 用 遗 传 算 法 （ Ａ） 在 ４个 泵 浦 时 实 现 了增 益 带 宽 ８ ｍ， 益 波 动 小 于 １ｄ ｌ Ｇ ， ０ｎ 增 Ｂ的
有 全 波段放 大 、 可利 用传输 光纤 进行 在 线放 大 以及优 良的低 噪声特 性 等优点 ， 次成 为光 纤通信 系统 中的研 再
拉曼+EDFA宽带混合光放大器的实现和设计优化
了 宽 频 带 内 低 噪 声 放 大 特 性 ， 据 此 对 混 合 放 大 器 的 增 益 谱 并
和 噪 声 谱 的 设 计 进 行 了 分 析 和优 化 ．
２ 基 于 增益 和 噪 声特 性 分析 的 宽 带混 合放 大 器
在 系统 应 用 和 实 验 研 究 中 ， 合 放 大 器 的结 构 如 图 １ 混 所
中图分类 号 ：
Ｔ ９９ １ Ｎ ２ ．１
文献标识 码 ： Ａ
文章编号 ：
０ ７—１２（０ ２ ０ ．３２０ ３ ２２ １ ２０ ） ９ １０ —３
Ｒｅ ｌ ａ ｉｎ ａ ｄ Ｏｐ ｉ ｌ ｓｇ ｔ ｚｎ ｆＢｒ ａ ｂ ｎ ａｉ ｔ ｎ ｔ ｚ ｏ ｍａ Ｄｅ ｉｎ Ｏｐ ｉ ｉｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｄ ｍｉ
Ｒａ ｍａ ＋ＥＤＦ Ｈ ｂ ｉ ｎ Ａ ｙ ｒ Ａｍｐｉｅ ｓ ｄ ｌｉ ｒ ｆ
Ｃ－ Ｎ Ｊａ Ｚ ＮＧ ｅ ， １ Ｘ ａ — ｎ ， Ｅ Ｇ ｉｎ － ｅ Ｚ Ｕ Ｂｉｇｋ ｎ Ｉ ｉｎ， ＨＡ ￣ Ｗ ｉＬＵ ｉｏｍｉｇ Ｐ Ｎ Ｊａ ｇｄ ， ＨＯ ｎ －ｕ
（ ｅｔｏ ｌｔ ｎｃ Ｅ￣ Ｄｐ ． ｅ ｒ ｉ ， ｆＥ ｃｏ ｓ ｒ ｇ， 以 ｍ ｎｖｒｔ ， ，ｉ ００４， ｈｎ ） ｉ ａ Ｕ ｉ ｓｙ ｓｉａ １０ ８ Ｃ ｉ ｅｉ ．ｇ ｉ ａ
器 中组 成 的 宽 带 混 合 放 大 单 元 ， 提 出 了混 合 放 大 器 进 行 优 化 设 计 的 方 法 ， 别 指 出适 当 调 整 拉 曼 放 大 器 和掺 铒 光 纤 并 特
放 大 器 的增 益 谱 可 以 实 现 噪 声 谱 的平 坦 ．
关 键 词 ： 拉 曼 放 大 器 ；混 合 放 大 ；设 计
喇曼光纤放大器中泵浦光的优化设计
喇曼 光 纤 放大器 中泵 浦光 的优 化 设计
孙 晓光 ， 巩稼 民 ， 晓娟 马
（ 西安 邮电学院 电子工程 学院， 陕西 西安 ７０ ２ ） １１ １
摘要 ： 阐述受激喇 曼散射原理的基础上 ， 在 深入研 究了喇 曼光纤放 大器设计 中泵浦光的优化 配置。分析 了喇 曼光 纤放 大器的泵浦光源个数 、 波长、 功率等因素对放 大器增益平坦度 的影响。 关键词 ： 受激喇曼散 射 ； 增益平坦度 ； 泵浦 中图分类号 ： Ｎ ２ Ｔ ７２ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ７ ２４ ２ １ ）１ ｏ ０ ３ １０ —３ ６ （ 用光 纤 中的非线 性效应 一
经成功地应用于 Ｄ Ｍ 传输 系统， ＷＤ 就立刻再度受 到 广泛关 注 。 增益平 坦 度是衡 量喇曼 光纤放大 器性能 的一个 重要的标准。本文对喇曼光纤放大器设计中泵浦光 各 因素对增 益平 坦 度 的影 响进 行 了研 究 ， 过对 参 通
调制， 即分子间的相对运动导致分子电偶极矩 随时 从而对入射光产生散射作用。设 Ａ Ｍ 传输 、 Ｔ 压缩编码高清晰度电视等技术的迅速发 间的周期性调制， 介质分子 的振动频率为 、 则 ～， 展， 使得实际通信业务量成倍地增长。这就要求现 入射光的频率为 Ⅵ ， Ｖ ＝Ｖ 一Ｖ 和 ａ 有光纤通信网在增加通信容量 的同时， 实现超长距 产生两个不同频率的散射光 ： ｓ １ ｖ Ｖ ｓ １ Ｖ 。Ｖ 被称为斯托克斯散射光， ａ 被称为 Ｖｓ 离的传输 。同时， 这对光纤通信中放大器的大容量 ＝Ｖ ＋ ｖ ｓ 反斯托克斯散射光。喇曼散射有普通喇曼散射和受 和长距离 传输又提 出了新 的要求。传 统的 Ｅ Ｆ ＤＡ 散 因为增益带宽窄的缺点已很难满足现代通信系统各 激喇曼散射之分。普通喇曼散射属于 自发散射 ， 种通信业务的需求。喇曼光纤放大 器在这种情况 下， 再次成为光纤通信中的研究热点之一 ， 特别是大 功率泵浦激光器研究 的迅猛发展 ， 为喇曼光纤放大 器的实现奠定 了坚实的基础。喇曼光纤放大器由于
拉曼光纤放大器最新发展(8、9、10、11、12号)
4.结束语
通信波段扩展和密集波分复用技术的运用，给拉 曼光纤放大器带来了广阔的应用前景。拉曼光纤 放大器的一系列优点，使它有望成为下一代光放 大器的主流。
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3.光纤拉曼放，斯坦福大学的研究人员 报道了他们进行的集总式拉曼放大实验的结果，过程中用 十种不同的光纤分别做增益放大介质比较得出，色散补偿 型光纤是得到高质量集总式拉曼光纤放大器的最好选择。 这预示我们能够在进行系统色散补偿的同时对信号进行高 增益、低噪声的放大，而且互相不影响。另一种分步式拉 曼放大器所用的光纤比较长，一般为几十公里，泵源功率 可降低到几百毫瓦。
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拉曼光纤放大器的 最新发展
电子08—2班 08、09、10、11、12号
1.拉曼光纤放大器
随着通信业务需求的飞速增长，对光纤传输系统的 容量和传输距离的要求越来越高。掺铒光纤放大器 （EDFA）由于其增益平坦及噪声等局限性，已经不 能完全满足光通信系统发展的要求。而相对于掺铒 光纤放大器，拉曼光纤放大器（RFA）具有更大的 增益带宽、灵活的增益谱区、温度稳定性好以及自 发辐射噪声低等优点，它也是唯一一种光纤基全波 段放大器，被广泛应用。并且，拉曼散射效应在所 有类型的光纤上都存在，与各类光纤系统具有良好 的兼容性，包括已铺设和新建的各种光纤链路。拉 曼光纤放大器与新型大面积传输光纤、高光谱效率 调制码型和向前纠错技术被称为现代大容量、长距 离光纤传输的四大关键技术。 （技术）
国内在拉曼放大器产品的研究开发方面也一直 十分火热，一些科研院所和企业单位相继开展了拉曼放 大器的研究开发。其中，武汉光迅科技有限责任公司尤 为突出：公司在湖北省科技厅、国家“863”计划的支 持下，经过一年多的时间，成功开发出系列拉曼光纤放 大器用无源光器件，并在2002年率先在国内推出拉曼光 纤放大器的第一代产品。目前，经过科研人员的共同努 力，又顺利完成了对第一代拉曼光纤放大器的产品升级 改进，推出了第二代系列拉曼光纤放大器产品。多波长 拉曼光纤放大器主要特点 ：泵浦波长的选择更加灵活、 方便 每个模块内可以装6只泵浦激光器，因此可供选择 的泵浦波长数可以分别是3、4、5、6；能够根据客户的 不同要求给出最佳的泵浦组合方案，从而使泵浦之间的 四波混频效应对系统性能的影响降到最低，同时更容易 实现对拉曼放大器的增益斜率的控制。
光纤拉曼放大器的性能优化理论与设计方法研究
光纤拉曼放大器的性能优化理论与设计方法研究光纤拉曼放大器的性能优化理论与设计方法研究光通信作为现代通信领域的重要组成部分，具有传输容量大、传输距离远和业务种类多等优势。
而光纤拉曼放大器作为一种新型的光纤放大器，具有高增益、宽带宽以及低噪声等特点，在光通信领域得到了广泛的应用。
为了进一步提高光纤拉曼放大器的性能，需要进行理论研究以及设计方法的优化。
首先，我们需要了解光纤拉曼放大器的工作原理。
光纤拉曼放大器是利用拉曼效应实现光信号的增益。
当光信号经过光纤传输时，会与光纤中的分子或晶格等相互作用，发生能量交换，从而实现光信号的放大。
其工作原理是基于非线性效应，并且工作波长通常位于光纤的低损耗窗口附近。
接下来，我们需要对光纤拉曼放大器的性能进行优化。
一方面，需要优化拉曼增益。
拉曼增益与泵浦光功率、泵浦光波长、光纤长度以及光纤折射率剪切等因素有关。
通过合理选择泵浦光功率和泵浦光波长，以及优化光纤长度和折射率剪切，可以最大程度地提高拉曼增益。
另一方面，需要降低系统噪声。
系统噪声主要包括泵浦光噪声、信号光噪声以及自发拉曼噪声。
降低泵浦光噪声可以通过选择低噪声泵浦光源或者减小泵浦光功率来实现。
降低信号光噪声可以通过优化光纤参数以及选择合适的信号光源。
自发拉曼噪声则可以通过优化光纤设计和减小泵浦光功率来降低。
通过优化拉曼增益和降低系统噪声，可以进一步提高光纤拉曼放大器的性能。
最后，我们需要研究光纤拉曼放大器的设计方法。
光纤拉曼放大器的设计方法主要包括选择合适的光纤材料和优化光纤的结构。
光纤材料的选择主要考虑材料的非线性系数、吸收损耗以及拉曼增益等因素。
常用的光纤材料包括非线性光纤和掺铒光纤等。
而优化光纤的结构，则可以通过改变光纤的折射率剪切以及掺杂分布等因素来实现。
通过合理选择光纤材料和优化光纤的结构，可以提高光纤拉曼放大器的性能。
综上所述，光纤拉曼放大器的性能优化理论与设计方法研究对于提高光纤通信系统的性能具有重要意义。
拉曼光纤放大器增益平坦度的遗传算法优化
维普资讯
第２ ４卷第 ９期 ２０ 年 ９ 月 ０８
商 丘 师 范 学 院 学 报
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ Ｑ Ｕ Ｔ Ａ Ｈ Ｒ Ｏ Ｌ Ｇ Ｏ Ｒ Ａ ＦＳ Ａ Ｇ Ｉ Ｅ Ｃ Ｅ ＳＣ Ｌ Ｅ Ｅ
Ｖ０ ． ４ １ ２ Ｎｏ ９ ． Ｓ ｐ ２ ０８ ｅ． ０
ｐ ｍｐ ｄ ＲＦＡ ｅ ｉ ｎ ｎ ． ｕ ｅ ｄ ｓｇ ｉ ｇ
Ｋｅ ｏ ｄ ：ｅ ｅ ｃａ ｏ ｔｍ； ａ ａ ｂ ｒ ｍｐ ｆ ｒ Ｒ Ａ） ｇｉ ｆ ｔｅｓｇｉ ｙｗ ｒ ｓｇ ｎｔ ｌ ｒｈ Ｒ ｍ ｎｆ ｅ ｌｉ （ Ｆ ；ａ ａ ｓ；ａｎ ｉ ｇｉ ｉ ａ ｉｅ ｎｌ ｎ
给定时 ， 该算法能够给 出增益 曲线 的平坦度接 近最佳时的泵浦 光的波长和 泵浦能量 Leabharlann 取 值 ， 而为 多波 长泵浦的 从
光 纤拉 曼放大器的设计提供 了理论参考． 关键词 ： 遗传算法； 拉曼放大器 ； 平坦度 ； 增益 中图分类号： ４ ７ ０ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６２— ６０ ２ ０ ）９— ０ ２— ４ １７ ３０ （ ０８ ０ ０ ５ ０
多波长后向泵浦拉曼放大器优化算法研究
数值求解，设计了一种新型的打靶法，数值仿真证明其收敛速度较快(12个泵浦光波时打靶次数少于7次)。
根据
I
* k
只考虑传输损耗估计一组泵浦光功率初
Ppk
(L)
(k=1,2,…,n)，又知
Psk
(L)
=
Psk
(0)Gk
(k=n+1,n+2,…,n+m)
(相当于假定了一个 dPk 在L处的初值，即假定打靶方向)，故可用常用的数值法进行求解，经计算得到功率 dz
以及信号光之间的能量耦合，使用来描述受激拉曼散射效应的能量耦合方程是一个高度非线性的 n (信号光
与泵浦光的总个数)维一阶非线性微分方程组，因此，通常的优化算法难以实现上述泵浦光优化过程，或者 实现起来效率很低。本文讨论一种较为有效的泵浦光优化算法。
1 拉曼放大模型和优化算法设计
1.1 拉曼放大数学模型 光波在多波长后向泵浦的拉曼放大器传输过程中会发生很多光学效应[1, 2]，针对超宽带拉曼放大器的增
随机生 成规模 为N的 初始群 体
评价 初始 群体
实施选 择、交叉 和变异算 子，生成 新一代群 体
评价新一 代群体的 适应度， 并记录该 代群体中 的最优个 体
否
实施最优保 留策略，同时 为了抑制早 熟，随机产生 一个新个体 代替群体中 适应度最小
的个体
检验是否 符合算法 收敛准则
输出最
好的个
体作为
… , uk2−1, r1uk2
+
(1 −
r1
)u1k
,
…
,
rl
u2 k +l
+
(1− rl )u1k+l ,
一种新颖的宽带光纤喇曼放大器优化设计方法
一种新颖的宽带光纤喇曼放大器优化设计方法
陶在红;常建华;孙小菡;张明德
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2004(33)4
【摘要】介绍了一种新颖的宽带光纤喇曼放大器的优化设计方法通过研究多波长后向泵浦光纤喇曼放大器的传输方程 ,分两步来确定各泵浦波的频率及输入功率的大小首先通过模拟煺火算法迭代出满足条件的泵浦波频率 ,然后利用平均功率分析方法 ,采用四阶阿当迭代方法计算出各泵浦波输入功率的大小 ,从而设计出具有较宽平坦增益带宽的光纤喇曼放大器
【总页数】4页(P435-438)
【关键词】光纤喇曼放大器;平坦增益带宽;模拟煺火算法;四阶AB方法
【作者】陶在红;常建华;孙小菡;张明德
【作者单位】东南大学电子工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.11
【相关文献】
1.一种新颖的分布式光纤喇曼温度传感器信号处理方法的研究 [J], 唐义兵;施伟
2.一种测量光纤喇曼放大器增益的方法 [J], 杨鹏;梁小红
3.一种宽带光纤喇曼放大器的设计 [J], 薛飞;邱昆
4.一种新的优化喇曼掺Er混合光纤放大器结构 [J], 梅进杰;刘德明;黄德修
5.宽带喇曼放大器的快速优化设计方法 [J], 常建华;孙小菡;张明德
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拉曼光纤放大器原理和性能分析与进展
前言：随着通信业务需求的飞速增长，对光纤传输系统的容量和无中继传输距离的要求越来越高。
密集波分复用（DWDM）通信系统的速率和带宽不断提升，以10Gbit/s甚至更高速率为基础的密集波分复用系统必然成为主流的光传输系统。
掺铒光纤放大器（EDFA）由于其增益平坦性等局限性，已经不能完全满足光通信系统发展的要求。
而相对于掺铒光纤放大器，光纤拉曼放大器具有更大的增益带宽、灵活的增益谱区、温度稳定性好以及放大器自发辐射噪声低等优点，光纤拉曼放大器是唯一能在1292~1660nm的光谱上进行放大的器件。
并且，拉曼散射效应在所有类型的光纤上都存在，与各类光纤系统具有良好的兼容性，包括已铺设和新建的各种光纤链路。
拉曼现象早在1928年就被Chandrasekhara Raman所发现，在此之后就有人提出了利用这种效应来实现光的放大。
但在很长时间内拉曼光纤放大器未能获得广泛应用，甚至在EDFA出现后一度销声匿迹，关键原因在于缺乏合适的大功率泵浦激光器。
由于EDFA的广泛应用，它所用的1480nm大功率泵浦激光器得到了深入的研究和开发，这就使拉曼放大器成为可能。
总体上说解决RFA泵浦源共有3个解决方案：一是大功率LD及其组合，其特点是工作稳定、与光纤耦合效率高、体积小、易集成，是最佳的选择；二是拉曼光纤激光器；三是半导体泵浦固体激光器。
但后二者都存在稳定性及与光纤耦合的问题。
受激拉曼散射原理：在一些非线性介质中，高能量（高频率）的泵浦光散射，将一部分能量转移给另一频率的光束上，频率的下移量是分子的振动模式决定的。
用量子力学可以作如下解释：一个高能量的泵浦光子入射到介质中，被一个分子吸收。
电子先从基态跃迁至虚能级，虚能级的大小是由泵浦光的能量决定的。
然后，虚能级电子在信号光的感应作用下，回到振动态的高能级，同时发出一个和信号光相同频率，相同相位，相同方向的光，我们称之为斯托克斯光子。
从而进行信号光的放大。
拉曼光纤放大器相对于掺铒光纤放大器有明显不同：（1）理论上只要有合适的拉曼泵浦源，就可以对光纤窗口内任一波长的信号进行放大，因此它具有很宽的增益谱；（2）可以利用传输光纤本身作增益介质，此特点使光纤拉曼放大器可以对光信号的放大构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通讯等不方便建立中继站的场合；（3）可以通过调整各个泵浦的功率来动态调整信号增益平坦度；（4）具有较低的等效噪声指数，此特点使其与常规的掺铒光纤放大器混合使用时可大大降低系统噪声指数。
具有DGSA功能和AGC功能的光纤拉曼放大器的研究与设计的开题报告
具有DGSA功能和AGC功能的光纤拉曼放大器的研究与设计的开题报告一、研究背景和意义光纤拉曼放大器（FRA）作为一种光学放大器，具有广泛的应用前景。
FRA具有宽带放大、低噪声、能耗低、光学透明等优点。
然而，FRA在应用中还存在很多问题，如相位噪声、线性度差等。
因此研究如何提高FRA的性能，优化其应用效果，具有重要的意义。
本文拟研究设计具有DGSA（Dynamic Gain Slope Adjustment）和AGC（Automatic Gain Control）功能的光纤拉曼放大器。
DGSA功能可以实现对光信号的斜率的实时调整，从而获得更好的线性度和更低的相位噪声。
AGC功能可以对放大后的信号进行自动增益控制，提高信号质量。
本研究将尝试在FRA中实现这两个功能，并评估其性能。
二、研究目标和内容研究目标：设计并实现具有DGSA功能和AGC功能的光纤拉曼放大器，评估其性能。
研究内容：1. 设计具有DGSA功能和AGC功能的光纤拉曼放大器；2. 实现DGSA和AGC的算法，并进行光纤拉曼放大器的控制系统设计；3. 测试光纤拉曼放大器的性能，包括增益、线性度、相位噪声等指标的测试和分析；4. 对实验结果进行分析和总结，提出优化方案，改进光纤拉曼放大器性能。
三、研究方法和技术路线本文将采用实验研究和数值模拟的方法，结合软件仿真和实验测试，研究设计具有DGSA功能和AGC功能的光纤拉曼放大器。
具体技术路线如下：1. 设计光纤拉曼放大器的原理图，建立数值模型，进行仿真；2. 设计DGSA和AGC的控制算法，并实现光纤拉曼放大器的控制系统；3. 制作光纤拉曼放大器样品并进行实验测试；4. 分析实验结果，提出优化方案。
四、研究进度和计划研究进度：1. 文献调研和选题（已完成）；2. 设计光纤拉曼放大器的原理图、搜集资料（已完成）；3. 进行光纤拉曼放大器的仿真研究和控制算法设计（正在进行）；4. 编写实验程序，进行实验测试（计划中）；5. 数据分析和总结，撰写论文（计划中）。
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分类号：O437 U D C：D10621-408-(2015)0922-0密级：公开编号：34成都信息工程大学学位论文拉曼光纤放大器的优化设计论文作者姓名：唐洪申请学位专业：电子科学与技术申请学位类别：工学学士指导教师姓名(职称)：何修军（副教授）论文提交日期：2015年05月26日拉曼光纤放大器的优化设计摘要拉曼光纤放大器(FRA)的工作原理是基于受激拉曼散射，是迄今为止唯一能在1270 nm到1670 nm的全波段上进行光放大的器件。
本文主要介绍了FRA的发展历史和现状，受激拉曼散射效应基本原理，以及拉曼光纤放大器的工作原理。
介绍了其系统构成，包括增益介质，泵浦源，无源器件，并且在其工作原理的基础上，对特性进行分析，包括增益，噪声，偏振相关性，温度等。
根据对基本理论的的理解，运用optisystem软件优化仿真，对于优化仿真，本论文中做到的是通过对拉曼光纤放大器的阵列泵浦波长，泵浦功率，光纤有效作用面积，光纤长度的优化，达到增益的最大值。
关键词：拉曼光纤放大器；受激拉曼散射效应；优化仿真；阵列泵浦Optimal Design of Raman Fiber AmplifierAbstractThe Raman fiber amplifier's working principle is based on the stimulated Raman scattering, which is the only device that can be optically amplified in the full band of 1670 nm to 1270 nm. This paper introduced the history and current situation of the FRA, the basic principle of Raman scattering, and the working principle of Raman fiber amplifier. And its system structure, including the gain medium, pump source and passive components are introduced.On the basis of the working principle, the paper analyses its characteristics, including the gain, noise, polarization dependence, temperature, etc.According to the basic theory of the understanding,it is used optisystem software to optimize simulation. For optimize simulation, the paper is done by array pump's wavelength, power, the fiber area, fiber length optimized in order to achieve maximum gain.Key words: Raman fiber amplifier; stimulated Raman scattering; optimization simulation; array pump目录论文总页数：27页1 引言错误!未定义书签。
2 概述错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器主要应用错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器的研究方向错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器的发展错误!未定义书签。
3 拉曼光纤放大器的原理错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器的组成错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器的分类错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器的原理错误!未定义书签。
受激拉曼散射错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器的拉曼增益错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器的拉曼阈值错误!未定义书签。
拉曼光纤放大器的特性错误!未定义书签。
4 拉曼光纤放大器的优化仿真错误!未定义书签。
阵列泵浦模型的建立错误!未定义书签。
对泵浦功率的优化错误!未定义书签。
对泵浦波长的优化错误!未定义书签。
对光纤有效作用面积的优化错误!未定义书签。
对光纤长度的优化错误!未定义书签。
结论错误!未定义书签。
参考文献错误!未定义书签。
致谢错误!未定义书签。
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1 引言光纤放大器是的原理在光纤的纤芯中掺入能产生光子的稀土元素,比如铒、镨、铥等，这样将泵浦发出的光能量通过耦合器等耦合到信号光上，对光信号进行直接放大，在现代通信系统中，成为不可缺少的关键器件[1]。
在以前，对于传统的通信系统，为了保证信号的质量，需要隔一定的距离增加一个再生中继器。
这种方式有一定的缺点，为了克服传统的光纤传输系统的缺点，在1985年首次的成功研制了掺铒光纤放大器，取代了这种中继方式，使得光波分复用通信系统在一定程度上发展起来，其优点是具有工作波长与光纤最小损耗窗口一致；耦合效率高；能量转换率高；增益高，噪声低；增益特性不敏感；可实现信号的透明传输，随着现代对通信系统的技术要求，即对其传输速率和带宽的要求越来越高，必须提出一种满足两方面要求的光放大器，由于这样的原因,促进了对光纤放大器的研究，出现了光纤拉曼放大器。
在很早之前就发现了光纤中的受激拉曼散射效应，并且已经证明拉曼放大技术可以在数字信号和光孤子传输上运用，但是当时适用于拉曼放大技术的大功率泵浦激光器还没有研究出来，因此在这段时间内拉曼放大技术没有被运用。
随着时代的发展，最近这些年大功率泵浦激光器的出现，拉曼放大技术的实用成为可能。
2 概述拉曼光纤放大器主要应用（1）提高了系统的容量。
当传输速率不变时，通过增加多路复用信道的数目来增加系统容量。
（2）提高频谱的利用率以及增加系统的传输速率。
RFA的全频带的放大特性使得有可能在整个区域低损耗光纤工作，可以在一定程度上，增加频谱效率和提高传输系统速率。
（3）增加系统的无中继传输距离。
系统信噪比决定了无中继传输距离，分布式FRA的等效噪声指数比较低，比EDRA的噪声指数低dB。
（4）补偿色散补偿光纤（DCF）的损耗，DCF的损耗系数远远比单模光纤和非零色散位移光纤大，也比拉曼增益系数大。
用DCF与RFA相结合的这种方式，可以提高信噪比，也可以进行色散和损耗的补偿。
（5）通信系统升级。
接收机性能不变，增加传输速率，要保证系统误码率不变，必须增加系统接收端的信噪比[2]。
拉曼光纤放大器的研究方向FRA参数模拟仿真方面的研究由于非线性比较复杂,对于影响FRA增益的各种参数,以现在的技术，还没有办法用比较精确的表达式来表示,几乎是依靠试验来测量数据,所以依靠量子力学理论，是FRA的研究的一个重要的方向。
通过对FRA光纤、增益、噪声等特性,色散补偿等参数的仿真模拟，通过对模型的优化和算法的改进,可以使得模拟的结果更加接近真实。
FRA的应用以及设计方面的研究在现代光通信中，商业用的光放大器主要还是掺铒光纤放大器，即使现在FRA 研究是一个热点，并且在一定程度上有应用,比如在国外,很多长距离超大容量的波分复用通信，使用的就是分布式FRA。
由于功率方面需要大功率泵浦源以及效率方面上的原因，FRA还没有达不到取代EDFA，只是在一定程度上起到一个辅助的作用。
FRA设计集中在结构的实验设计，包括增益介质、泵浦源和泵浦结构的选择[3]。
目前，泵浦源主要是复用半导体泵浦激光器和级联式拉曼激光器。
拉曼光纤放大器的发展新型泵浦分布式FRA。
FRA按照泵浦结构分为前向，后向，双向泵浦。
采用双向泵浦，并且选择合适的波长，在波长为1528～1605 nm内变化时可以同时实现增益和噪声指数的平坦化。
在拉曼光纤放大器材料以及器件方面的发展。
输出功率在350 mW以上已经用于商业；在分立式FRA研究进展中的增益介质也取得了一定的进步，比如采用光子晶体光纤技术研制出来的高非线性光纤，弥补了DCF拉曼增益系数小的问题。
在功能完善、控制灵活的FRA方面取得进展。
3 拉曼光纤放大器的原理拉曼光纤放大器的组成拉曼光纤放大器的组成包括增益介质，泵浦源以及光无源器件。
1.增益介质产生拉曼放大功能的增益介质是拉曼光纤，对于拉曼的增益系数，不仅由光纤本身的性质决定，泵浦波长也是影响其变化的一个因素，并且成一定比例的变化。
在FRA中,特别是在分立式FRA和拉曼激光器中，增益介质的材料都需用特种光纤。
当泵浦光功率确定为某个值时，FRA的增益随着放大器增益介质损耗和有效作用面积的减小，以及拉曼增益系数的提高而增加。
一般的，掺杂也是常用的提高增益的方法[4]。
2.泵浦源怎样获得高功率泵浦源是FRA应用于实际中关键的技术问题，目前泵浦源主要有两种:一是复用半导体泵浦激光器，它的工作原理是用波分复用合波器将几个低功率的泵浦源进行耦合，这样能够得到更高的输出功率;二是级联式拉曼激光器，工作原理是用已经有的泵浦源，并且其波长相对较短，通过嵌套级联拉曼光谐振腔的结构。
FRA对泵浦源有一定程度上的要求:一是要有较大的输出功率；二是泵浦波长需要相对较合适的，需要合适的泵浦输出波长，来获得最大增益；三是对其使用，要保证有足够的时间，并且连续工作得前提下时间较长;四是要抑制拉曼增益的偏振依赖现象。
五是要保证输出功率经过各个耦合器后可以更好的传输到光纤中[4]。
复用半导体激光器图3-1 复用半导体激光器其结构如图3-1所示，1λ，2λ是相同的，两个激光器用偏振复用合波器进行耦合，这样可以达到消除偏振、抑制偏振现象的效果；光纤光栅用来稳定波长；波分复用（WDM）合波器用于多波长的耦合输出。
由于多个波长的激光器通过耦合器一起耦合到光纤中传输，泵浦源之间的拉曼作用使得泵浦光功率从短波不断转移到长波上。
适当的加大短波长激光器的输出光功率，并且合理的调配每个激光器的泵浦光功率，才能获得均匀的增益谱[4]。
(2)级联拉曼光纤激光器一般的，只要有合适功率的泵浦源，拉曼光纤激光器就能够在很大的波长范围内得到任意波长的激光输出，并且可进行宽带调谐。
过去常用的这种泵浦源是Nd:YLF，其输出波长是1313 nm，以及Nd:YAG，其输出波长是1064 nm，它们的输出功率比较高，所以要做到经过各个光无源器件后能有效率地传输到光纤中难度比较大，并且噪声也相对于比较大。
因此在传统的光纤通信系统中，难以应用到实际当中[4]。
3.无源器件1)耦合器泵浦光与信号光要进入光纤就必须耦合进入，要求是对信号光以及泵浦光的插入损耗相对较小并且偏振相关损耗小。