少模掺铒光纤放大器的仿真研究-光学工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 摘 要 随着移动互联网时代的到来，通信系统中的网络流量呈现指数型的增长趋 势，并且已经超过光纤通信系统容量的增长速度。与此同时，现有的单模光纤通 信系统的传输容量正在逐渐趋近理论极限（非线性香农极限），因此人们迫切需 要开发新的信息传输维度，来满足日益增长的网络流量需求。 以模分复用和芯分复用为代表的空分复用技术成为目前最具潜力的技术之 一。在进行超远距离通讯时，性能高、能耗低的在线光学放大器是必不可少的。 由于具有较大的增益带宽和增益倍数，且适于 C 波段光信号放大，掺铒光纤放大 器极大地促进了光纤通信的发展。但是在模分复用系统中，由于信号模式的增多， 现有的单模掺铒光纤放大器已经不再适用。当信息在各个模式上进行独立传输 时，较大的模间增益差值将会导致信号失真，误码率增加，从而降低系统传输容 量并增大系统传输中断概率。因此，在少模掺铒光纤放大器中，模式间的增益均 衡成为衡量模分复用放大系统的重要指标。 本文从光纤模式理论及少模掺铒光纤放大器理论模型出发，系统研究了少模 掺铒光纤放大器的模式增益、噪声及光谱特性。随后，对实现增益均衡的几种方 法进行了详细的研究，对通过泵浦结构的调整实现两模式及四模式增益均衡的情 形进行分析，并给出了泵浦结构实现增益均衡的方案，为今后通过空间光调制器 实现自适应控制的增益均衡等方法奠定了基础；对通过铒离子分布重新构造实现 增益均衡进行研究，利用优化算法，给出适用于四模式群组增益均衡的光纤设计， 为拉制相应的少模掺铒光纤奠定了理论基础。 关键词： 光纤通信 掺铒光纤放大器 少模光纤 增益均衡 ABSTRACT With the advent of the mobile Internet, the network traffic presents the exponential growth, which has exceeded the growth of the single mode optical communication system capacity. At the same time, the single mode optical system capacity is approaching the nonlinear Shannon limit. So it is necessary to introduce a new physical dimension to cater to the demand of network traffic. Space division multiplexing based on mode division multiplexing and core division multiplexing is one of the most promising technologies. Inline optical amplifiers of high performance and low energy consumption are the key in long distance transmission. Erbium doped fiber amplifier (EDFA) greatly promote the development of optical fiber communication, as a result of higher gain bandwidth and good gain performance over the C band. However, the single mode EDFA will not be suitable for the mode division multiplexing systems where the signal mode is more than one. The large difference of the modal gain would lead to the signal distortion and the increase of BER, thus it would lead to the decrease of system capacity and the increase of outage probability. So the equalization of modal gain becomes an important target for measuring the mode division multiplexing amplifier systems. Based on the optical fiber mod