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光—声参量放大器时间相位敏感特性

史光耀  
【摘要】:随着光纤通信系统的快速发展,掺铒光纤放大器(EDFA)及拉曼放大技术已无法满足现今光纤通信系统对放大器放大性能的要求。基于四波混频(FWM)的光纤参量放大器(FOPA)因不易与硅基光子器件集成以及需要引入额外泵浦光源,致使系统成本较高。针对上述放大器的不足,本文采用基于受激布里渊放大(SBA)的光-声参量放大器实现光信号放大,并对该放大器时间、相位敏感特性进行了理论分析及实验验证。该放大器的时域波形保真以及频域选择性放大能力,为其在光载无线通信、模拟/窄带数字通信、光学时钟以及相干光通信等应用领域奠定了基础。首先,基于anti-Stokes损耗布里渊光-声参量放大理论模型,首次通过SBA过程在光纤中实现了作为时域波形畸变表征现象的光前驱波,实验结果与理论分析相符。以光前驱波作为波形畸变基准,基于布里渊光-声参量放大理论模型,理论研究了半高斯和高斯脉冲在anti-Stokes损耗型与Stokes增益型光-声参量放大器的时间响应特性:进行了不同增益条件下窄带泵浦光参量放大仿真,随着增益的提高,脉冲波形产生畸变,出现光前驱波现象;进行了不同泵浦谱宽参量放大的理论研究,随着谱宽的增加,脉冲畸变得到矫正。采用半高斯-高斯脉冲对仿真结果进行了实验验证,实现了利用宽谱泵浦光光-声参量放大器对时域信号的无畸变放大,实验结果与理论分析一致。其次,介绍了正交振幅调制(QAM)信号的基本概念及调制方法,明确矢量信号误差分析方法。搭建了基于光-声参量放大器放大QAM光信号的实验系统。进行了光-声参量放大器相位敏感特性研究,分别对无畸变QAM和畸变QAM弱光信号进行了放大,实验结果与EDFA相比,在同等增益条件下光-声参量放大器引入噪声较小,并能通过布里渊窄带相位选择性放大实现QAM信号相位畸变矫正。研究了光-声参量放大器泵浦功率和相位匹配条件对QAM信号光畸变矫正的影响,在受激布里渊散射阈值以下,随着泵浦光功率的提高,相位畸变逐渐矫正;当泵浦光与QAM弱光信号满足布里渊相位匹配时,光-声参量放大器相位畸变矫正效果最佳。


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