一、The Gain Dependence of the Power Transient in Raman Amplifier(论文文献综述)
穆宽林[1](2021)在《光纤时频同步系统的中继放大研究》文中认为精密的时间和频率信号稳定度的提高不仅推动着精密实验测量、基本物理规律验证等这类基础科学研究的发展,而且时频同步技术的进步对于深空探测、卫星导航定位等诸多国防、工业生产也具有重大意义。光纤链路具有良好的抗电磁干扰能力以及稳定对称的双向传播路径和传播时延,故基于光纤链路的时频同步系统相比于传统的基于卫星网络的时频同步系统能够取得更高的信号传输稳定度,而成为时频同步技术新的发展方向。作为光纤时频同步系统中不可缺少的一部分,光放大器用于补偿时间和频率信号沿光纤传输过程中的功率损耗,是实现长距离的光纤时频同步系统的关键。故需要根据光纤时频同步系统的双向传输特性设计拥有高增益、低噪声的中继放大系统,用以延长时间和频率信号的传输距离,降低放大器噪声对时间和频率信号稳定度的影响。另外,还需要结合放大器的具体结构对影响系统稳定度的各类噪声进行分类研究,以便指明提升时间频率信号稳定度的方向。本论文内容以可用于光纤时频同步系统的掺铒光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier:EDFA)、光纤拉曼放大器(Fiber Raman Amplifier:FRA)以及光纤布里渊放大器(Fiber Brillouin Amplifier:FBA)为研究对象,重点研究如何提高放大器增益和降低放大器噪声,以及各类放大器引入的噪声对光纤时频同步系统传输信号稳定度的影响。论文的主要创新点总结如下:一、用于光纤时频同步的EDFA研究EDFA 引入的放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission:ASE)噪声会降低光纤时频同步系统中传输信号的稳定度。本文从物理机制上对基于高隔离度双向掺铒光纤放大器(Bidirectional Erbium-doped Fiber Amplifier:Bi-EDFA)的光纤时频同步系统中的噪声进行了理论研究。研究表明由于放大器的高隔离度设计,链路中的瑞利散射噪声被抑制,但高隔离度Bi-EDFA产生的ASE噪声以及由其带来的传输链路双向非对称性会降低系统所传输的时频信号的稳定度。本文还对激光器和探测器引入的强度噪声以及由激光器中心波长抖动和环境温度变化带来的传输时延抖动进行了研究。研究结果表明基于高隔离度Bi-EDFA的光纤时频同步系统的短期稳定度主要受限于放大器的ASE噪声和激光器中心波长抖动,长期稳定度受限于温度变化带来的时延抖动以及Bi-EDFA引起的传输链路双向非对称性。这些理论成果有助于从物理机制上理解各独立器件对传输的时频信号稳定度的影响,衡量器件引入的噪声大小,为提升系统稳定度指明了方向。为降低EDFA中ASE噪声对时频同步系统稳定度的影响,本文提出了一种改进型Dual-stage Single-pass的EDFA结构,使用两个波分复用器在原Dual-stage Single-pass结构EDFA中的两段掺铒光纤之间为未消耗的泵浦光搭建了传输通道,达到了降低放大器噪声指数(Noise Figure:NF)的效果。并基于该改进型结构设计了一款适合于光纤时频同步系统的高增益、低噪声Bi-EDFA中继系统。实测EDFA的噪声指数从改进前的约4.3 dB降低到了改进后的约3.2 dB。二、用于光纤时频同步的FRA/EDFA混合双向放大器研究为了进一步降低放大器噪声对时频同步系统稳定度的影响,本文设计了一款适合于光纤时频同步系统并且等效NF可达到0 dB以下的FRA/EDFA混合双向放大器。该混合放大器结合了 FRA的低噪声和EDFA的高增益特性。实验证明使用FRA/EDFA混合放大器的时频同步系统比单独使用EDFA的时频同步系统能够获得更高的传输稳定度。实测使用EDFA的自由运转的频率传递系统的频率信号秒稳为3.0905× 10-13/1 s,而使用EDFA+FRA和FRA+EDFA混合放大的频率信号秒稳分别为2.0248× 10-13/1 s和1.9678×10-13/1 s。三、用于光纤时频同步的FBA研究FBA的增益带宽窄,由其引入到光纤时频同步系统内的放大自发布里渊散射(Amplified Spontaneous Brillouin scattering:ABS)噪声功率低。但FBA的信号光增益效率依赖于泵浦光和信号光的相对偏振态,并且光纤的随机双折射效应会降低信号光增益并造成输出信号光光功率抖动。为了保证FBA能够获得最大的信号增益和最低的ABS噪声功率。本文从FBA中信号光放大和ABS噪声产生的原理出发,在斯托克斯空间,给出了计算信号光功率和ABS噪声功率的修正矢量功率耦合方程组。研究结果表明,当泵浦光偏振态和信号偏振态相互平行时,能够获得最大的输出信号光功率和最低的ABS噪声;改变泵浦光和信号光相对偏振态,随着信号光输出功率的降低,ABS噪声功率逐渐增大,但二者的总和基本不变;当信号光与泵浦光的偏振态越接近时,通过增加信号光输入功率能够起到更好的抑制ABS噪声的效果。为了抑制光纤中随机双折射效应带来的FBA输出信号光增益降低和功率抖动问题。本文设计了一款基于正交双泵浦的FBA,理论和实验研究表明基于该正交双泵浦的FBA能够克服光纤随机双折射效应带来的信号光增益降低和输出光功率抖动问题,使任意偏振态的信号光都能够获得稳定的高增益且无需调整其入射偏振态。实验测试结果表明,相较于单泵浦的FBA,该正交双泵浦FBA的信号光最大增益提高了 3.74 dB且不同偏振态信号光的增益差从9 dB降低为2.7 dB。理想状态下,这种基于正交双泵浦的FBA模型可以使不同偏振态信号光的增益差减小到零且输出信号光功率无抖动。综上所述,本文针对光纤时频同步系统中传输信号的功率补偿问题,从原理上系统深入地研究了 EDFA、FRA和FBA三种光放大器中信号放大和噪声生成过程。给出了提高放大器增益和降低放大器噪声的方案,研究了放大器及系统中其它设备引入的噪声对光纤时频同步系统所传输信号稳定度的影响。本文的研究成果有助于实现高稳定度的长距离光纤时频信号传输。
林鹏[2](2021)在《高重频掺钬光纤激光器及其大气传输特性研究》文中提出空间激光通信技术(free-space optical communication,FSO)由于其具有带宽高、保密性好、功耗低、架设灵活等优势在对地观测、导航、5G网络、智慧城市、环境监测等多个领域有着广阔的应用前景。锁模光纤激光器具有脉冲持续时间短、峰值功率高、大气传输性能好的特点,可避免环境因素导致的调制信号相位噪声累积,对于高速激光通信系统极具潜力。随着集成光纤器件及光纤掺杂工艺的提升,2μm波段光纤激光器的研究成为热点。2μm波段处于大气、烟雾透射窗口,由于散射强度随光波长而减小,2μm波段受到大气散射等影响比目前空间激光通信主要采用的1.55μm波段更小。常用的空间激光通信载波源普遍为窄线宽半导体激光器,其相干性易受大气湍流干扰,容易造成波前相位畸变、光束漂移等,从而降低通信质量。雨雾天气下,特别是雾霾天气,通信链路甚至会中断。针对上述问题,以拓展光纤激光技术在空间激光通信领域的应用和探索未来高速空间激光通信新技术为目标,本文开展了高重频掺钬超快锁模光纤激光的产生、噪声抑制、锁模脉冲数字调制及大气传输特性等一系列研究,具体内容主要有:1.2μm多孤子锁模脉冲动力学特性研究基于非线性偏振旋转(NPR)锁模结构,研究了掺钬被动锁模光纤激光器,增益介质为一段1.2m的掺钬光纤,谐振腔长度为7.95m,对应基频25.52MHz,在泵浦功率1.2W下获得了稳定传统孤子锁模状态。由于掺钬光纤泵浦转换效率较低,腔阈值较高,研究了近零色散区掺铥光纤激光器,获得了fs量级的基频色散管理孤子脉冲。在孤子量子化作用下增加腔内连续光分量,引起调制不稳定性打破孤子间作用力的平衡,改变腔内线性相位延迟点抑制连续光的不稳定性并产生全局孤子作用力,实验获得了稳定的基频27.38MHz下的2,3,4,5个色散管理孤子。具有不同群色散的孤子经过色散管理腔循环后位置随机,但在每个周期的位置固定且具有不同的强度。随着腔内孤子能量增加,降低腔内峰值功率钳制临界值增加腔内孤子数量实现了多孤子聚束状态,孤子间距从全局孤子作用力主导的几ns降低到局部孤子作用力主导的300ps左右。2.掺钬主动锁模脉冲产生及锁模脉冲数字调制/解调研究为了实现2μm波段高速数字调制,研究了高重频掺钬主动锁模光纤激光器,腔内加入NPR结构可在实现波长可调谐的同时抑制腔内超模噪声。实验获得了2058.4nm~2078.6nm共5个波长信道的可调谐锁模脉冲,边模抑制比均高于40d B。谐振腔总长9.52m,对应的基频为21MHz,通过调节马赫-曾德尔强度调制器(MZM)的驱动信号和偏置电压,获得了重复频率最高为1.008GHz的48阶谐波锁模脉冲序列,对应的频谱信噪比为49.66d B。将驱动MZM的射频信号一部分作为时钟参考,输入任意波形发生器中产生同步伪随机数字信号,通过调节数字信号的延时实现调制信号与锁模脉冲的相位匹配,调制后的锁模脉冲眼图光信噪比为13.72d B。脉冲光信号误码率通过离线处理的方式获得,通过示波器采集波形数据使用MATLAB离线与发射信号比对计算误码率,受到计算机硬件处理能力的限制,实验可获得的误码率最小值为2.63×10-7,背对背传输条件下获得的误码率优于2.63×10-7。3.高重频锁模脉冲重频控制及多波长锁模光纤激光器研究基于铥钬共掺主动锁模光纤激光器,研究了腔内超模噪声及环境噪声对高重频锁模脉冲的影响,通过腔内添加光延时线的方法实现锁模脉冲的重频控制。考虑腔损耗较高,使用基于光纤双折射效应的Lyot滤波器和偏振相关隔离器抑制噪声,将重频680MHz左右的锁模脉冲频谱信噪比从42.64d B提升至49.45d B。通过在腔内加入高精度的光延时线可将腔长精度控制在几百fs至几十fs,从而可使腔长大于8m的锁模光纤激光器的基频精度控制在几十Hz。实验获得了腔基频调谐范围为18.21MHz-18.13MHz,调谐精度为73.52Hz,通过重频控制获得了1GHz,3GHz和6GHz的稳定锁模脉冲输出。通过改变腔内光延时线和驱动信号的种类可以实现锁模脉冲的重复频率与脉宽独立可调谐。腔内移除VODL产生了2、3、4、5个波长信道的多波长锁模脉冲,重频最高2.412GHz,经过同步数字调制后眼图光信噪比可达17.5d B。实验研究的2μm多波长锁模光纤激光器可应用与激光通信中的WDM系统。4.高重频掺钬锁模光纤激光载波复杂信道传输特性研究实验研究了速率2.02Gb/s的掺钬锁模光纤激光载波在湍流信道、烟雾信道中的传输特性。重频为2.02GHz的锁模脉冲加载同步数字信号后经过室内模拟湍流信道传输。在背对背,Cn2=1.01×10-16m-2/3,Cn2=2.79×10-16m-2/3,Cn2=5.71×10-16m-2/3四种条件下获得的眼图光信噪比分别为15.04d B,11.94d B,8.51d B,6.67d B。研究了1.55μm主动锁模光纤激光器与2μm主动锁模光纤激光器在相同条件下传输特性,获得了功率抖动和误码率。传输速率为2.02Gb/s时,2μm和1.55μm光载波的系统最低灵敏度分别为-19.52d Bm和-14.45d Bm,1.55μm光载波在Cn2=5.71×10-16m-2/3湍流条件下的接收功率标准差比2μm光载波高55.64%。此外,搭建了室内烟雾信道模拟装置,探究了0.85μm,1.06μm,1.55μm和2.04μm 4个波长在BTB,能见度V=0.5km,0.05km,0.005km条件下的传输衰减特性。研究了1.55μm和2.04μm主动锁模光纤激光在4.04Gb/s速率下的4种湍流条件传输眼图和误码率曲线。两个波段烟雾信道系统灵敏度分别为-14.59d Bm和-17.74d Bm,在V=0.005km下OSNR比BTB分别降低了16.66d B和7.53d B。结果表明,2μm波段锁模光载波在复杂信道下具有一定的传输优势,相较于传统1.55μm传统通信波段,2μm波段可靠性更好、链路裕量更高。
张戌艳[3](2021)在《光学模数转换器关键技术研究》文中进行了进一步梳理宽带、高速、高精度模数转换器(Analog-to-Digital Convertor,ADC)在超宽带雷达系统、电子对抗、无线通信和宽带信号实时探测等领域有着极其重要的应用。传统电子ADC的采样速率已有较大的提升,但受集成材料特性的限制,其模拟带宽和时间抖动的性能都接近局限。光学ADC利用光学技术在超高速、超宽带、超低时间抖动方面的优势,有望同时实现高采样速率、大模拟带宽和高量化精度。本文围绕光学ADC存在的关键技术问题开展了理论和实验研究,并将光学ADC扩展应用于微波光子频率测量。主要研究内容如下:(1)针对如何有效提升光采样速率、增大模拟带宽,研究了一种基于无腔光源和光学下变频采样的光学ADC。利用强度调制器级联相位调制器和单模光纤的无谐振腔型结构产生时间抖动低、重复频率高且灵活可调的近似无啁啾超短光脉冲,并对输入宽带模拟信号进行光学下变频采样,随后利用低速电子ADC进行量化和编码。通过数值仿真和实验验证本方案的可行性,产生重复频率为3GHz的近似无啁啾超短光脉冲,并对40GHz微波信号进行光学模数转换。此外,将基于无腔光源的光学ADC应用于宽带高精度微波频率测量。三个重频和中心波长均不相同的无腔光源通过波分复用结构合成一路对待测微波信号进行下变频采样,将数字化获得的三组相互独立的中频信号进行频率恢复计算,最终实现宽带微波信号频率的高精度测量,并完成了实验验证。通过利用采样速率分别为2.99GS/s、3.07GS/s和3.10GS/s的三个光学ADC实现频率范围40GHz的无盲区测量,且测频误差、频谱分辨率分别达到±5k Hz和10k Hz。(2)针对如何有效增大光采样速率并避免光学采样和电学量化之间速率失配的关键问题,研究了一种基于无腔光源和并行多路时分交织电学量化技术的光学ADC。无腔光源输出的高重频、低时间抖动超短光脉冲先对宽带模拟信号进行下变频采样,再通过基于高速电光开关的时分解复用技术进行降速预处理,降速后的每一路光脉冲依次通过光电转换、抗混叠滤波以及低速电子ADC数字化获得下变频信号,最后在数字域内将多路并行信号时间交织拼接。对本方案进行数值仿真以及实验验证。实验中,无腔光源产生重频为8GHz、脉宽为5.7ps的超短光脉冲,并对40GHz模拟信号进行光学下变频采样,随后通过高速电光开关时分解复用为两路速率为4GS/s的光脉冲,最后经过量化编码、时间交织拼接后有效位数超过5.6bits。(3)为了充分发挥光学采样的优势,同时克服电学量化的速率限制,提出了两种基于孤子自频移和啁啾补偿的超快全光量化方案。借助反射环路,提出一种高精度全光量化方案,通过双向利用n段单模光纤和n段高非线性光纤,实现了单级孤子自频移以及(2n-1)级基于正负啁啾补偿的梳状光谱压缩。相比传统单向结构,本方案在简化系统结构的同时,大大提高了光谱压缩比和量化精度。该方案还进行了数值仿真和实验验证,证实了n=2的可行性。实验结果表明,在自频移范围1580.0-1672.2nm内,本方案实现了三级光谱压缩并获得6.2bits量化精度,比传统单向结构的高1.2bits。在此基础上,提出了一种基于Sagnac环的低基座全光量化方案,利用单模光纤以及一个由耦合比不为1的光耦合器和高非线性光纤构成的Sagnac环,依次通过反常群速度色散(Group-Velocity Dispersion,GVD)效应和功率相关滤波效应,窄化了单级梳状光谱压缩输出的脉冲光谱,同时避免因啁啾补偿不完整而产生的基座,提高系统量化精度和后续编码准确性。(4)针对基于啁啾补偿的光谱压缩方案中光纤组合固定且体积大的问题,提出了一种基于孤子自频移和时间相关滤波的超快全光量化方案。利用色散光纤的群速度色散效应将自频移后光脉冲的波长信息映射到时域,再利用非线性偏振旋转(Nonlinear Polarization Rotation,NPR)等效可饱和吸收体的功率相关滤波效应,使功率较低的脉冲前后沿(对应长、短波长成分)被大部分滤除、功率较高的脉冲中心(对应中心波长成分)近乎无损输出,实现时间相关滤波效果,窄化了自频移后脉冲光谱,从而提高系统量化精度。本方案还进行了数值仿真和实验验证。仿真结果表明本方案对色散光纤长度和色散符号均具有较强包容性,且在输入脉冲峰值功率或偏振控制器偏振状态变化的情况下仍能获得稳定光谱压缩效果。实验中,在100nm自频移范围内,压缩后光谱平均宽度约1.65nm,量化精度达到5.95bits,对比相同光纤结构的传统光谱压缩方案,量化精度提高了1.13bits。
柳牧龙[4](2020)在《基于CMOS兼容微环谐振腔的光频梳产生理论与实验研究》文中指出高Q值微环谐振腔具有强光场局限能力以及高非线性系数,为光学频率梳技术向更高集成与更低阈值发展提供了新的实验平台。基于微环谐振腔的光学频率梳(简称微腔光频梳)天然具备的小尺寸与超高重复频率优势,使其在高速相干通信、精密分子光谱探测、光学频率合成等领域具有广泛应用价值。目前已经在多种不同材料平台实现了微腔光频梳产生,其中CMOS兼容材料微腔因其与半导体加工工艺相匹配并易与其他平台光子器件相集成的特点,对于本领域技术发展与应用具有特殊意义。本论文围绕微腔光频梳所涉及的基础器件结构与物理特性以及非线性动力学过程开展了系统研究,分析了微腔中亮/暗孤子在高阶色散、拉曼效应与自陡峭效应等影响下的演化规律,通过对多光子吸收分析及载流子效应调控在正色散硅微腔中获得宽带中红外光频梳产生,并基于高折射率掺杂玻璃材料实现了多种孤子态光频梳。主要内容和取得成果如下:一、利用分步傅里叶与龙格-库塔算法实现了非线性耦合模方程以及Lugiato-Lefever方程(LLE)的数值求解,分析了微腔孤子产生过程中高阶色散、拉曼与自陡峭效应对光频梳时频域分布特性的作用规律,以及模式耦合中辐射损耗对孤子形成的影响。研究结果表明,拉曼效应导致了光频梳频域上的光谱整体红移和时域上的重频轻微变化,自陡峭效应相比拉曼效应对频梳时频域影响较小;而较大的模式耦合有助于实现单孤子态,并将造成光谱局域跳变。二、采用矩量法与色散波理论分析了亮、暗孤子与呼吸子的动态演化过程以及时、频域特征。研究发现,高奇数阶色散将引起微腔孤子的时域漂移,且漂移速度主要由三阶色散绝对值大小决定;而亮暗呼吸子周期振荡特性可通过设计高奇数阶色散进行控制。高阶奇偶色散共同决定了色散曲线包络并最终影响了频域中色散波的位置和数量,从而为宽带频率梳产生所需色散优化提供了理论依据。三、理论研究了正色散硅微腔中多光子吸收效应与伴随的自由载流子产生对光频梳形成的影响。结果表明,通信波段双光子吸收导致波导损耗急剧增大并抑制了参量振荡过程;2200 nm—3300 nm波段三光子吸收伴随的载流子效应是影响频率梳形成主要因素,可通过加入PIN结扫除载流子实现光频梳产生;而3300 nm以上波段四光子吸收相对较弱、可在低泵浦功率下产生光频梳。通过设计微腔波导横截面获取较小正色散,并采用适当的微腔半径(FSR为129 GHz)抑制硅材料强拉曼效应,同时利用色散波实现带宽达一倍频程(2-4μm)、FSR可调(1-FSR至4-FSR)的稳定宽带中红外光频梳。不同于负色散情况的时域高斯形脉冲,所获脉冲顶部平坦、且具有更高转换效率(高达67%)。四、基于高折射率掺杂玻璃平台,采用泵浦-辅助光方案并优化波导设计与加工工艺以避免模式交叉,实现了具有超光滑光谱的单孤子频率梳(带宽160nm)。测得标准sech2函数光谱中拉曼孤子频移量4.4 nm并以此准确推算出该材料拉曼时间常数为2.7 fs。同时,通过控制辅助光平衡腔内热效应,实验获得了多种“完美”孤子态(1-,2-,4-孤子),其光谱包络光滑且腔内双孤子时域间距可调、无拖尾振荡。利用包含热效应的LLE模型,分析了该材料中热不稳定对孤子产生的影响,发现泵浦激光调谐过程中的热变化可导致孤子的存活或者湮灭。
黄龙[5](2019)在《高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究》文中研究表明高功率窄线宽光纤激光在引力波探测、激光雷达、太赫兹产生、光参量振荡等领域有重要的应用价值。在实际应用中,由于更高的相干性、更高的探测灵敏度和更高的转换效率等优点,线偏振的高功率窄线宽光纤激光更加受到青睐。然而,与宽谱光纤激光和窄线宽随机偏振光纤激光相比,窄线宽线偏振光纤激光面临更强的非线性效应,其中受激布里渊散射(SBS)效应是限制其功率提升的首要因素。随着众多SBS效应抑制方法的采用,窄线宽线偏振光纤激光的输出功率获得一定突破之后,模式不稳定效应随之成为获得高光束质量的限制因素。因此,要推动高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光的输出功率进一步提升,SBS效应和模式不稳定效应是需要解决的两个首要问题。本文以高功率窄线宽线偏振光纤激光为研究对象,以高功率、高光束质量输出为研究目标,围绕需要解决的关键技术问题,开展了系统的理论和实验研究:1、综合考虑SBS效应和模式不稳定效应的抑制,围绕高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光器的优化设计进行了详细的理论分析。基于SBS动力学模型,系统分析了光纤参数、光纤类型、系统参数对SBS阈值的影响,同时针对脉冲输出的情形,分析了功率放大过程中的时频演化特性,为高功率窄线宽线偏振连续/脉冲光纤激光的优化设计提供了理论指导。基于模式不稳定半解析模型,为高光束质量窄线宽线偏振光纤激光系统的优化设计提供了理论分析工具。2、围绕高功率窄线宽线偏振连续光纤激光开展了系统研究。首先,对比研究了不同类型常规大模场高掺杂保偏光纤在单频线偏振光纤激光功率提升和高亮度输出上的能力。进一步,论证了对常规大模场保偏光纤施加应力梯度以抑制SBS效应的可行性,实现了414 W功率输出,线偏度>99%,是目前国际上全光纤结构近衍射极限单频线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率。进一步地,对基于大模场长锥形高掺杂保偏光纤的高功率单频线偏振光纤激光进行了系统研究,实现了510 W功率输出,是目前国际上全光纤结构单频线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率。同时,首次研究了国产长锥形光纤用于获得高功率窄线宽光纤激光的可行性,指出了国产长锥形光纤以及基于国产长锥形光纤的窄线宽光纤激光系统的优化路径。首次研究了随机光纤激光用于获得高功率窄线宽线偏振光纤激光的可行性,对比研究了种子线宽和光谱形态对光谱展宽效应和模式不稳定阈值的影响,实现了功率442 W、线宽0.28 nm、线偏度为94.2%的窄线宽线偏振光纤激光输出,是目前国际上以随机光纤激光作为种子源的窄线宽线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率,为获得高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光探索了一条新的道路。3、围绕高峰值功率和高平均功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光开展了系统研究。设计并构建了基于常规大模场高掺杂保偏光纤的高峰值功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光器,分析了种子激光时域特性和频域特性对功率放大过程中的时频演化特性以及SBS阈值的影响。论证并分析了对常规大模场高掺杂保偏光纤施加应力梯度以提高SBS阈值的可行性。论证并分析了大模场长锥形高掺杂保偏光纤在抑制SBS效应和光谱展宽效应方面的优势,分别获得了脉宽4 ns、峰值功率60.54k W、线宽1972.97 MHz,消光比>12 d B的线偏振脉冲激光和脉宽3.8 ns、峰值功率29.97 k W、线宽283.75 MHz、消光比>14 d B的线偏振脉冲激光,是目前国际上全光纤结构2 GHz级和300 MHz级窄线宽线偏振脉冲光纤激光公开报道的最高峰值输出功率。此外,基于常规大模场高掺杂保偏光纤,获得了重频10 MHz、脉宽4 ns、线宽203.6 MHz、平均功率466 W、线偏度约为90%的窄线宽线偏振脉冲激光,是目前国际上全光纤结构窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光公开报道的最高平均功率。4、围绕搭载射频信号的高功率线偏振双频准连续光纤激光和多频脉冲光纤激光开展了理论和实验研究。理论分析了搭载射频信号的双频准连续光纤激光的产生原理和时频特性,设计并构建了线偏振双频准连续光纤激光的产生装置和功率放大系统,实现了434 W功率输出。同时,理论分析了搭载射频信号的多频脉冲光纤激光的产生原理和时频特性,设计并构建了线偏振多频脉冲光纤激光的产生装置和功率放大系统,实现了328 W功率输出。两项研究成果均代表目前国际上同类型光纤激光器的最高输出功率,为线偏振双频/多频光纤激光的拓展应用开辟了新的空间。
叶云[6](2019)在《掺镱光纤激光振荡器功率提升研究》文中研究指明光纤激光器具有光束质量好、转换效率高、结构紧凑、热管理方便等优势,在工业加工、智能制造、国防军事等领域获得广泛应用。相比较光纤激光放大器,光纤激光振荡器结构简单,操作方便,抗反射能力强,在工业应用中更受青睐。然而,受限于光纤中的受激拉曼散射效应(SRS)和模式不稳定效应(TMI),高功率全光纤激光振荡器的功率提升受到限制。基于此,本文以掺镱光纤激光振荡器功率提升为研究对象,从理论和实验两方向研究全光纤激光振荡器中功率提升的限制因素,为获得更高功率输出的全光纤激光振荡器提供指导。本文的主要内容如下:对光纤激光器的发展历程进行综述,比较光纤激光放大器与光纤激光振荡器的结构优劣。从空间结构和全光纤结构全面梳理了光纤激光振荡器的发展现状,对振荡器功率提升过程中遇到的两种主要限制因素SRS和TMI进行分析。基于传统光纤速率方程建立包含SRS效应、光纤弯曲损耗、模式耦合等因素的振荡器综合物理模型,基于物理模型分析模式耦合系数对光纤激光振荡器输出性能的影响。结合增益光纤结构参数优化,分析纤芯直径渐变增益光纤在振荡器结构中的功率提升受限情况,最后分析光纤熔接质量对振荡器基模损耗的影响,仿真结果表明光纤熔接时轴向偏移和倾斜对熔接的损耗远远大于光纤参数本身。实验上探索研究了不同纤芯直径增益光纤组合的光纤激光振荡器的功率提升效应,实验结果发现不同增益光纤熔接导致大量高阶模式激发,在存在包层光滤除时激光效率下降。此外基于国产限制掺杂增益光纤搭建高功率全光纤激光振荡器实验平台,实验研究表明后向泵浦和双向泵浦可以提高TMI阈值,在双向泵浦时最高实现1224W激光输出。基于常规25/400μm和30/600μm掺镱光纤搭建高功率全光纤激光振荡器,在25/400μm光纤激光振荡器中,通过消除振荡器腔外反馈抑制SRS实现最高输出功率5070W输出,拉曼光比信号光低~35dB,光束质量M2~1.6,并对该5kW振荡器进行5小时长时间稳定工作测试,测试结果表明该振荡器输出性能稳定,具有工程化的潜力。在30/600μm光纤激光振荡器中,分别从前向泵浦、双向泵浦和后向泵浦三种方式进行功率提升研究,在双向泵浦时实现最高3600W激光输出,没有观察到SRS和TMI效应。实验表明基于商用30/600μm掺镱光纤的全光纤激光振荡器具备实现更高功率输出的能力。
程前[7](2019)在《TDM抽运光纤喇曼放大器电路设计及实验研究》文中指出随着现代通信技术的不断发展,光纤通信系统对信道容量的要求也越来越高。光放大器作为光纤通信的重要组成一直是人们研究的重点。光纤喇曼放大器(FRA)因为其具有宽带宽、噪声低、可实现分布式放大等一系列优势成为现代光纤通信中关键技术,在密集波分复用光通讯系统中得到广泛应用。但是光纤喇曼放大器也存在自身的缺点:例如因为对不同波长的光增益不同造成的增益不平坦,导致误码率升高。目前主要使用空间波分复用的方式,但这种方法会因为不同波长的波在光纤内相互干扰,发生非线性效应造成信噪比变低。针对这一问题,本文提出将时分复用运用到FRA中,使在一个时间点只有一种波长的光波,避免了多抽运光之间相互作用产生四波混频等非线性效应。设计了TDM抽运FRA,并设计出结构图,针对各部分功能进行介绍。然后针对TDM抽运FRA中电路部分——半导体激光器驱动系统进行设计与实验。首先设计出半导体激光器驱动电路,通过Multisim软件进行仿真,其中包括延时缓冲电路,实现了500ms的延时,有效防止了开关闭合时产生的电流浪涌可能对激光器造成的损害;设计出限流保护电路,利用继电器实现对激光器的过流保护,对现有设计进行了革新,增加了电压跟随器使保护电路更加稳定;针对激光器的电源驱动,设计了恒流源,实现对激光器进行稳定供电。采用专用基准电压芯片REF02设计基准电压源,实现5V输出,基于专用温度控制芯片MAX1978,设计出LD温控电路。基于仿真结果,搭建电路进行实验测试,恒流源实现了0.24%的高稳定度输出;基准电压源稳定度也达到0.2%;对保护电路进行多次试验,成功实现了对激光器的过流保护;对温度控制系统进行测试,成功实现了温度控制;为TDM抽运FRA下一步工作做好准备。
吴函[8](2019)在《新型随机光纤激光器的实现及应用》文中研究说明光纤激光器具有结构相对简单、光束质量好、效率高、热管理方便、能耗低等明显优势,已成为包括光谱学、工业制造、生物医疗、非线性光学以及国防安全等多个领域不可或缺的工具。近年来,一种新型的有异于常规光纤激光器谐振腔结构的随机光纤激光器引起了学术界的广泛关注。随机光纤激光器无需常规光纤激光器中界限明确的谐振腔,从而降低了对腔体设计的要求,具备结构更加简单、可靠性更高、设计更加灵活等突出优点。近些年的研究表明,随机光纤激光器在高功率、高效率激光输出、多波长激光输出及特殊波段激光输出及相关应用方面已展现出其独特的优势。然而,作为一个尚未成熟的新研究课题,基于随机光纤激光器的输出特性及物理内涵的研究还有待完善,随机光纤激光器的性能的提升及结构的优化还存在很大空间,而基于随机光纤激光器的潜在应用拓展也尚处于摸索阶段。在国家自然科学基金重点项目及重大项目子课题的支持下,本团队在随机光纤激光器领域开展了多年的研究,关于短腔随机光纤激光器的研究成果被美国光学学会评选为2014年度重要光学进展,开拓了高功率随机光纤激光器的研究方向。本论文以基于瑞利散射反馈的随机光纤激光器为研究主体,针对新型随机光纤激光器的设计、输出特性及应用拓展开展了一系列研究工作。利用混合增益概念实现多种新型随机光纤激光器,实现了多个波段的高性能随机激光器。针对级联拉曼随机光纤激光器,提出了多种紧凑型低成本高性能级联拉曼随机光纤激光器方案。对随机光纤激光器的光谱输出强度特性进行了统计分析。在光纤随机激光的应用方面,利用随机光纤激光器时域强度波动的随机性,将随机光纤激光器应用于时域鬼成像系统中的光源;利用随机光纤激光器的结构简单、输出功率高及输出波长设计灵活的特点,将随机光纤激光器应用于高阶拉曼放大系统的泵浦源。本论文的成果进一步完善了随机光纤激光器的研究体系。本论文的主要研究工作如下:(1)介绍了随机光纤激光器的发展及理论模型,并在此基础上提出了一种利用掺镱光纤同时提供掺镱增益及瑞利反馈的的弱掺镱随机光纤激光器理论模型,仿真结果表明通过优化掺镱浓度,可以实现基于百米级掺镱光纤的低阈值高效率随机光纤激光器,为1μm波段随机光纤激光器的设计提供了新思路。(2)利用混合增益概念和腔体设计优化,充分发挥不同光纤波导中增益的特点,设计并实现了多种高性能混合增益新型随机光纤激光器。采用后向泵浦掺铒-拉曼随机光纤激光器实现了1.5μm波段低阈值、高效率随机光纤激光器,通过理论模型仿真对腔体设计进行优化,实验实现了在2W泵浦功率下65.5%的光光转化效率,为目前1.5μm波段报道的随机激光最高光光转化效率。设计新型共腔式掺镱-拉曼随机光纤激光器,可以先后实现掺镱光纤随机激光和掺镱-拉曼光纤随机激光的激射,为1μm波段高效率随机光纤激光器的设计提供了结构更简单的平台。设计并实现了半开腔掺镱-布里渊随机光纤激光器,首次实现了1μm波段多波长布里渊光纤随机激光,为多波长随机光纤激光器的工作波段拓展提供了新的思路。(3)设计并实现了多种新型级联拉曼随机光纤激光器。利用掺镱光纤激光器(即拉曼随机激光泵浦源)中的泵浦合束器信号端连接宽带点式反射镜的方式,为多级拉曼光纤随机激光构建新型前向泵浦结构,避免了之前报道方案中多个能承受高功率的特殊波段光纤光栅或波分复用器的使用,为级联拉曼光纤激光器的设计和实用化提供了新的解决方案。进一步的,设计了基于放大的自发辐射光源泵浦的无光纤光栅或波分复用器结构的新型级联拉曼随机光纤激光器,其输出的级联拉曼随机激光具有更佳的时域稳定性。针对级联多波长拉曼随机光纤激光器的设计,通过在光纤环反射镜中插入一段多模光纤构建基于多模干涉点式反馈的级联多波长拉曼随机激光器,具有工作波段广、构建简单、设计灵活和成本低等优势。(4)在随机光纤激光器输出特性实验研究方面,针对偏振泵浦拉曼随机光纤激光器输出的偏振相关特性,探索了通过在光纤环反射镜中调控斯托克斯光偏振态的方式实现对随机激光内调制的可能性,首次实现了基于偏振调控的随机光纤激光器。针对拉曼随机光纤激光器输出光谱强度特性,实验测试了拉曼随机光纤激光器在不同激射状态下的光谱强度统计特性,证实了基于拉曼增益和光纤瑞利散射弱反馈的随机激光其光谱强度统计特性同样存在阈值前的高斯分布到阈值附近的莱维分布再到远超阈值后的高斯分布的转变。(5)对随机光纤激光器的应用拓展进行相关探索。对掺镱随机光纤激光器时域输出信号的定量分析表明,随机光纤激光器的输出时域强度波动具有很好的随机性,可以充当时域鬼成像的理想光源,基于随机光纤激光器的时域鬼成像信号质量及准确性均优于基于常规有腔掺镱光纤激光器光源的结果。在高阶拉曼放大系统方面,级联拉曼随机光纤激光器可以为1.2μm波段高功率光源提供有效的解决方案,采用高功率1280 nm拉曼随机光纤激光器作为三阶拉曼放大系统泵浦源,实验首次实现了基于三阶拉曼放大的准无损传输系统,100 km光纤链路上信号光的功率波动仅为1 dB,是目前实验报道的最好无损传输效果。
孙淑娟[9](2019)在《三阶拉曼光纤放大器的研究与应用》文中研究表明随着光纤通信技术的发展,无中继光传输距离越来越长,由过去的几十公里到现在的几百公里。由于无中继光传输距离受限于光纤的衰减、色散和非线性效应等因素,当光纤传输损耗超过90dB,传统的无中继光传输技术已经无法实现现有传输损耗的突破,需要寻求新的光传输技术来延长无中继传输距离。拉曼光纤放大器(FRA)以传输光纤本身作为增益介质对信号实现分布式放大,具有增益高、带宽大、噪声低等优点,使其成为无中继光传输系统的关键技术之一。现有一阶和二阶FRA对光传输系统的优化能力有限,而三阶FRA在达到相同增益的情况下具有更低的等效噪声指数,因而能明显改善系统性能,实现更远的无中继传输。本文重点围绕着三阶拉曼光纤放大器展开,主要分析了三阶FRA的数学模型及其求解方法,针对三阶FRA的噪声和增益等关键性能指标,提出了一种基于半导体激光器的多泵浦波长的新型三阶拉曼光纤放大器,优化了激光激射和相对强度噪声(RIN)对系统的影响,并对基于该新型三阶拉曼光纤放大器的高速超长无中继光传输系统进行了实验。具体研究工作如下:(1)基于受激拉曼散射效应基本理论,研究了三阶FRA的原理,并根据现有一阶、二阶和传统三阶FRA结构,设计了一种基于半导体激光器的多泵浦波长的新型三阶FRA结构。(2)通过对单泵浦单信号的一阶FRA传输方程的研究,拓展推导了三阶FRA泵浦光、信号光、瑞利散射、双瑞利散射(DRS)和放大的自发辐射(ASE)噪声的数学模型,并给出了在初值和边值条件下三阶拉曼光纤放大器数学模型的求解方法。(3)通过分析拉曼光纤放大器的噪声来源和相关指标参数,仿真分析了在DRS和ASE噪声的影响下,一阶、二阶和三阶FRA的性能,并得出结论:传统三阶FRA比一阶FRA有2.1dB系统光信噪比(OSNR)改善,传统三阶FRA比二阶FRA有1.2dB的系统OSNR改善,新型三阶FRA比二阶FRA有0.9dB的系统OSNR改善。(4)采用基于半导体激光器的多泵浦波长的新型三阶拉曼光纤放大器设计了单波50Gbit/s与100Gbit/s的高速率超长无中继传输系统,在国内首次实现了单波50Gbit/s、线路总损耗103.95dB和单波100Gbit/s、线路总损耗101.27dB的传输系统。
赵琳琳[10](2014)在《光纤参量放大器增益性能的研究》文中研究指明未来光通信系统迫切需要具有平坦增益,并兼有波长转换和光整形功能的宽带光放大器。以高非线性光纤为增益介质的光纤参量放大器能够满足系统这一多功能性需求。光纤参量放大器具备提供数百纳米平坦增益带宽的潜力。不过,由于光纤结构的不均匀导致零色散波长波动,放大器的增益性能受到极大影响。研究参量放大器的增益性能和影响增益性能的因素,特别是零色散波长波动的影响,能够为以后设计优化放大器的方案提供参考思路。因此,论文对光纤参量放大器的增益特性进行了集中研究。主要研究内容如下:(1)研究了单泵浦光纤参量放大器的小信号增益特性,并对影响其增益和带宽性能的因素进行了仿真研究,简单分析了其噪声特性。(2)论文重点研究了零色散波长波动对不同泵浦间隔的双泵浦光纤参量放大器增益性能的影响。分析泵浦间隔较宽的放大器时,在数学模型中计入拉曼效应,分析了拉曼效应的作用。研究结果表明,泵浦间隔越宽,零色散波长波动的影响越明显,而且,拉曼效应使得放大器对零色散波长的抖动变得更加敏感。提高泵浦功率可以有效抑制零色散波长波动带来的不利影响。(3)研究了插入带通滤波器的光纤参量放大器的增益性能。在单泵浦光纤参量放大器中,完善和验证了插入带通滤波器的方案。仿真得到该方案可以有效提高放大器的增益,将泵浦功率转换效率提高将近30%。而在双泵浦光纤参量放大器中,发现插入带通滤波器对放大器增益的提高并不明显,反之,放大器带宽却减少了一半。得出结论,插入带通滤波器方法有局限性,它仅仅适用于参数谨慎选择过的单泵浦光纤参量放大器。
二、The Gain Dependence of the Power Transient in Raman Amplifier(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、The Gain Dependence of the Power Transient in Raman Amplifier(论文提纲范文)
(1)光纤时频同步系统的中继放大研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 用于光纤时频同步的中继系统研究现状 |
1.2.1 用于光纤时频同步的掺铒光纤放大器研究现状 |
1.2.2 用于光纤时频同步的光纤拉曼放大器研究现状 |
1.2.3 用于光纤时频同步系统的光纤布里渊放大器研究现状 |
1.2.4 用于光纤时频同步的光注入锁定放大器研究现状 |
1.3 论文的研究内容及创新点 |
1.4 论文各章的结构和关联关系 |
参考文献 |
第二章 光放大器原理及功率耦合方程组求解方法 |
2.1 基于受激辐射效应的光放大器原理 |
2.1.1 掺铒光纤放大器原理 |
2.1.2 掺铒光纤放大器主要性能参数 |
2.1.3 级联掺铒光纤放大器噪声累积方式 |
2.2 基于受激散射效应的光放大器原理 |
2.2.1 光纤散射效应分类 |
2.2.2 光纤拉曼放大器原理 |
2.2.3 光纤布里渊放大器原理 |
2.3 光放大器功率耦合方程组求解方法 |
2.3.1 解析解方法 |
2.3.2 数值解方法 |
2.3.3 边界问题求解方法 |
2.4 本章总结 |
参考文献 |
第三章 用于光纤时频同步的掺铒光纤放大器研究 |
3.1 基于高隔离度BI-EDFA的光纤时频同步系统稳定度研究 |
3.1.1 基于高隔离度Bi-EDFA的光纤时频同步系统噪声研究 |
3.1.2 放大器非对称性对光纤时频同步系统稳定度的影响 |
3.1.3 光纤时频同步系统噪声研究实验验证 |
3.2 掺铒光纤放大器性能研究 |
3.2.1 掺铒光纤放大器数值求解 |
3.2.2 掺铒光纤放大器增益和噪声指数测试 |
3.3 低噪声高增益掺铒光纤放大器设计 |
3.3.1 不同结构掺铒光纤放大器性能测试 |
3.3.2 用于光纤时频同步的低噪声双向中继系统 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 用于光纤时频同步的FRA/EDFA混合放大器研究 |
4.1 光纤拉曼放大器性能研究 |
4.1.1 光纤拉曼放大器理论模型研究 |
4.1.2 光纤拉曼放大器增益特性研究 |
4.2 FRA/EDFA混合双向放大器设计 |
4.2.1 FRA/EDFA混合双向放大器结构设计和理论模型研究 |
4.2.2 FRA/EDFA混合双向放大器性能测试 |
4.3 FRA/EDFA混合双向放大器对时频同步系统的影响 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第五章 用于光纤时频同步的光纤布里渊放大器研究 |
5.1 光纤布里渊放大器功率耦合方程组求解 |
5.1.1 带有偏振因子的光纤布里渊放大器解析解 |
5.1.2 光纤布里渊放大器解析解有效性验证 |
5.2 光纤布里渊放大器信号光增益和ABS噪声的偏振依赖性研究 |
5.2.1 光纤布里渊放大器信号光增益和ABS噪声的偏振依赖性理论模型 |
5.2.2 光纤布里渊放大器信号光增益和ABS噪声的偏振依赖性仿真研究 |
5.2.3 光纤布里渊放大器信号光增益和ABS噪声的偏振依赖性实验研究 |
5.3 基于正交双泵浦的光纤布里渊放大器 |
5.3.1 光纤随机双折射效应对光纤布里渊放大器的影响 |
5.3.2 基于正交双泵浦的光纤布里渊放大器理论模型 |
5.3.3 基于正交双泵浦的光纤布里渊放大器实验研究 |
5.4 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结与展望 |
6.1 论文工作总结 |
6.2 未来工作展望 |
致谢 |
攻读博士学位期间学术成果列表 |
(2)高重频掺钬光纤激光器及其大气传输特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 掺钬光纤激光器概述 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 光纤激光大气传输研究进展及发展趋势 |
1.4 本文的章节安排 |
第2章 高重频掺钬锁模光纤激光产生及大气传输基本理论 |
2.1 钬离子能级结构及泵浦原理 |
2.1.1 掺钬光纤能级结构与泵浦原理 |
2.1.2 铥钬共掺光纤能级结构与泵浦原理 |
2.2 高重频锁模光纤激光器理论模型及结构 |
2.2.1 被动锁模光纤激光器 |
2.2.2 主动锁模光纤激光器 |
2.3 光纤激光大气传输特性理论分析 |
2.3.1 大气湍流信道模拟系统原理 |
2.3.2 烟雾信道模拟系统原理 |
2.3.3 光纤激光大气传输关键指标 |
2.4 本章小结 |
第3章 2μm多孤子锁模脉冲特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 2μm单孤子锁模脉冲 |
3.2.1 负色散区掺钬基频传统孤子脉冲产生 |
3.2.2 近零色散区基频色散管理孤子产生 |
3.3 2μm多孤子锁模脉冲 |
3.3.1 强度不均的多孤子脉冲 |
3.3.2 多孤子脉冲聚束 |
3.4 本章小结 |
第4章 高重频掺钬锁模脉冲产生及数字调制 |
4.1 引言 |
4.2 高重频掺钬主动锁模光纤激光产生 |
4.2.1 掺钬主动锁模光纤激光泵浦优化 |
4.2.2 基于NPR滤波效应的高重频掺钬主动锁模光纤激光器 |
4.2.3 基于F-P滤波器的高重频掺钬主动锁模光纤激光器 |
4.3 高重频掺钬主动锁模脉冲同步数字调制/解调技术 |
4.4 本章小结 |
第5章 主动锁模重频控制及多波长产生研究 |
5.1 引言 |
5.2 高重频锁模脉冲噪声抑制及重频控制 |
5.2.1 高阶谐波锁模脉冲超模噪声抑制 |
5.2.2 锁模脉冲重频控制研究 |
5.3 2μm多波长主动锁模脉冲产生 |
5.4 本章小结 |
第6章 掺钬光纤激光大气传输特性研究 |
6.1 引言 |
6.2 掺钬锁模光纤激光湍流信道传输特性研究 |
6.3 掺钬锁模光纤激光烟雾信道传输特性研究 |
6.3.1 室内烟雾信道模拟装置标定 |
6.3.2 1.55μm与2.04μm激光载波烟信道传输特性对比 |
6.4 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 总结及创新点 |
7.2 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
致谢 |
(3)光学模数转换器关键技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 光学模数转换器研究意义和现状 |
1.2.1 光学辅助型模数转换器 |
1.2.2 光采样电量化模数转换器 |
1.2.3 全光模数转换器 |
1.3 本论文的创新点和章节安排 |
第二章 光学模数转换理论基础 |
2.1 光采样电量化模数转换基本原理 |
2.1.1 光采样电量化模数转换的工作原理 |
2.1.2 光采样电量化模数转换的性能参数 |
2.2 全光模数转换基本原理 |
2.2.1 基于孤子自频移的超快全光量化工作原理 |
2.2.2 广义非线性薛定谔方程以及分步傅里叶算法 |
2.2.3 基于孤子自频移的超快全光量化性能参数 |
2.3 本章小结 |
第三章 基于无腔光源的光采样模数转换技术研究 |
3.1 基于无腔光源的光采样电量化模数转换技术 |
3.1.1 技术方案及工作原理 |
3.1.2 仿真结果及分析 |
3.1.3 实验结果及分析 |
3.2 基于光采样电量化模数转换器的微波测频技术 |
3.2.1 技术方案及工作原理 |
3.2.2 实验结果及分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 基于并行多路时分交织的高速光采样模数转换技术研究 |
4.1 技术方案及工作原理 |
4.1.1 近似无啁啾超短光脉冲的产生 |
4.1.2 并行多路时分交织的电学量化技术 |
4.1.3 多通道数据时域重组 |
4.2 仿真结果及分析 |
4.3 实验结果及分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 基于孤子自频移和啁啾补偿的超快全光量化技术研究 |
5.1 基于啁啾补偿的脉冲压缩技术 |
5.1.1 技术方案及工作原理 |
5.1.2 仿真结果及分析 |
5.2 基于反射环路的高精度全光量化技术 |
5.2.1 技术方案及工作原理 |
5.2.2 仿真结果及分析 |
5.2.3 实验结果及分析 |
5.3 基于Sagnac环的低基座全光量化技术 |
5.3.1 技术方案及工作原理 |
5.3.2 仿真结果及分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 基于孤子自频移和时间相关滤波的超快全光量化技术研究 |
6.1 技术方案及工作原理 |
6.2 仿真结果及分析 |
6.3 实验结果及分析 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(4)基于CMOS兼容微环谐振腔的光频梳产生理论与实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 光学频率梳简介 |
1.2 微腔光频梳研究现状 |
1.3 论文研究内容 |
第2章 光学微腔物理特性及其制备 |
2.1 光学微腔基本物理参数与设计 |
2.1.1 典型微腔结构 |
2.1.2 微腔光谱滤波特性 |
2.1.3 微腔的损耗与耦合 |
2.2 光学微腔的色散特性 |
2.3 光学微腔的制备 |
2.4 本章小结 |
第3章 微腔光频梳理论模型与数值算法实现 |
3.1 耦合模方程(CME) |
3.2 Lugiato-Lefever Equation(LLE) |
3.3 CME与 LLE数值求解方法 |
3.3.1 分步傅里叶算法及其数值实现 |
3.3.2 龙格库塔算法及其数值实现 |
3.4 本章小结 |
第4章 微腔光孤子动力学研究 |
4.1 基于矩量法的微腔孤子演化分析 |
4.1.1 高阶色散对微腔孤子时域演化的影响 |
4.1.2 高阶色散对微腔孤子光谱的影响 |
4.2 孤子拉曼自频移效应 |
4.3 自陡峭效应对孤子及其光谱的影响 |
4.4 孤子演化受模式耦合影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 正色散硅微腔光频梳产生研究 |
5.1 硅微环频率梳理论模型 |
5.2 影响硅微腔光频梳产生的主要因素 |
5.2.1 多光子吸收与自由载流子效应的影响 |
5.2.2 泵浦功率与频率失谐对光频梳产生的影响 |
5.2.3 正色散微腔频率梳转换效率分析 |
5.3 正色散宽带光频梳产生 |
5.3.1 宽带光频梳理论模型与产生 |
5.3.2 正色散平顶呼吸脉冲分析 |
5.3.3 多倍重频宽带光频梳产生 |
5.4 本章小结 |
第6章 高折射率掺杂玻璃微腔孤子频梳产生研究 |
6.1 实验装置与原理 |
6.2 不同孤子态产生实验结果 |
6.3 理论模型与热效应分析 |
6.4 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 本论文主要成果与创新 |
7.2 未来工作展望 |
参考文献 |
附录 符号与缩略词 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(5)高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 窄线宽光纤激光的分类和应用前景 |
1.1.1 窄线宽光纤激光的分类 |
1.1.2 窄线宽光纤激光的应用前景 |
1.2 窄线宽光纤激光的研究现状 |
1.2.1 单频连续光纤激光的研究现状 |
1.2.2 窄线宽连续光纤激光的研究现状 |
1.2.3 窄线宽脉冲光纤激光的研究现状 |
1.3 高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光的主要受限因素 |
1.3.1 光纤中的SBS效应及抑制方法 |
1.3.2 光纤中的模式不稳定效应及抑制方法 |
1.4 课题研究需要解决的关键问题 |
1.5 课题研究内容和结构安排 |
第二章 窄线宽线偏振光纤激光亮度提升的理论分析 |
2.1 SBS效应对功率提升的影响 |
2.1.1 单频单模近似条件下的SBS效应动力模型 |
2.1.2 光纤参数对SBS阈值的影响 |
2.1.3 系统参数对SBS阈值的影响 |
2.1.4 长锥形光纤在抑制SBS效应方面的优势 |
2.2 综合考虑多种非线性效应下的功率提升问题 |
2.2.1 弹性非线性效应导致的光谱展宽 |
2.2.2 综合考虑SPM、XPM、SRS效应的模型修订 |
2.2.3 窄线宽线偏振脉冲光纤激光放大 |
2.3 模式不稳定效应对亮度提升的影响 |
2.3.1 模式不稳定效应的半解析模型 |
2.3.2 常规光纤的模式不稳定阈值 |
2.3.3 长锥形光纤的模式不稳定阈值 |
2.4 总结 |
第三章 高功率窄线宽线偏振连续光纤激光研究 |
3.1 高功率单频线偏振光纤激光器 |
3.1.1 系统设计 |
3.1.2 增大光纤直径提升输出功率 |
3.1.3 采用后向泵浦方式提升输出功率 |
3.1.4 小结 |
3.2 基于施加应力梯度的功率提升方案 |
3.2.1 系统设计 |
3.2.2 结果与讨论 |
3.2.3 小结 |
3.3 基于长锥形光纤的功率提升方案 |
3.3.1 系统设计 |
3.3.2 结果与讨论 |
3.3.3 小结 |
3.4 基于国产长锥形光纤的高功率窄线宽光纤激光器 |
3.4.1 系统设计 |
3.4.2 结果与讨论 |
3.4.3 小结 |
3.5 基于新型种子源的高功率窄线宽线偏振光纤激光器 |
3.5.1 系统设计 |
3.5.2 结果与讨论 |
3.5.3 小结 |
3.6 总结 |
第四章 高功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光研究 |
4.1 高峰值功率窄线宽线偏振纳秒脉冲激光器 |
4.1.1 系统设计 |
4.1.2 结果与讨论 |
4.1.3 小结 |
4.2 基于施加应力梯度的峰值功率提升方案 |
4.2.1 系统设计 |
4.2.2 结果与讨论 |
4.2.3 小结 |
4.3 基于长锥形光纤的峰值功率提升方案 |
4.3.1 系统设计 |
4.3.2 结果与讨论 |
4.3.3 小结 |
4.4 高平均功率窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光器 |
4.4.1 系统设计 |
4.4.2 结果与讨论 |
4.4.3 小结 |
4.5 总结 |
第五章 高功率线偏振双/多频光纤激光及其时频调控研究 |
5.1 高功率线偏振双频准连续光纤激光及其时频调控 |
5.1.1 搭载射频信号的双频准连续光纤激光 |
5.1.2 高功率双频准连续光纤激光系统 |
5.1.3 结果与讨论 |
5.2 高功率线偏振多频脉冲光纤激光及其时频调控 |
5.2.1 搭载射频信号的多频脉冲光纤激光 |
5.2.2 高功率多频脉冲光纤激光系统 |
5.2.3 结果与讨论 |
5.2.4 小结 |
5.2.5 小结 |
5.3 总结 |
第六章 总结与展望 |
6.1.1 论文主要研究内容和相关成果 |
6.1.2 论文主要创新点 |
6.1.3 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
(6)掺镱光纤激光振荡器功率提升研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 光纤激光器的发展历程 |
1.2 光纤激光振荡器的发展与现状 |
1.2.1 空间结构振荡器 |
1.2.2 全光纤结构振荡器 |
1.3 光纤激光振荡器功率提升限制因素 |
1.3.1 光纤激光振荡器中受激拉曼散射效应 |
1.3.2 光纤激光振荡器中模式不稳定效应 |
1.4 本文主要内容与结构安排 |
第二章 光纤激光振荡器的理论模型与仿真分析 |
2.1 高功率光纤激光振荡器理论模型 |
2.1.1 传统光纤激光器速率方程 |
2.1.2 考虑SRS、弯曲损耗以及模式耦合的振荡器模型 |
2.1.3 仿真参数及结果分析 |
2.2 增益光纤结构参数优化设计与仿真分析 |
2.2.1 纤芯渐变增益光纤结构 |
2.2.2 仿真参数及结果分析 |
2.3 熔接质量对振荡器输出特性的影响 |
2.3.1 熔接质量理论模型 |
2.3.2 仿真参数及结果分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 新结构增益光纤振荡器功率提升实验探究 |
3.1 增益光纤组合的光纤激光振荡器实验研究 |
3.1.1 实验方案结构 |
3.1.2 实验结果与分析 |
3.2 限制掺杂增益光纤激光振荡器实验研究 |
3.2.1 实验方案结构 |
3.2.2 实验结果与分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 高功率全光纤激光振荡器功率提升实验研究 |
4.1 基于25/400μm光纤实现5kW长时间稳定激光输出 |
4.1.1 实验方案结构 |
4.1.2 实验结果与分析 |
4.2 基于30/600μm光纤功率进一步提升实验研究 |
4.2.1 实验方案结构 |
4.2.2 实验结果与分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 论文主要研究内容 |
5.2 论文主要创新点 |
5.3 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
(7)TDM抽运光纤喇曼放大器电路设计及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本论文主要工作和章节安排 |
1.4 本章小结 |
第二章 TDM抽运FRA理论研究 |
2.1 FRA的基本原理 |
2.1.1 受激喇曼散射 |
2.1.2 FRA的分类 |
2.1.3 FRA抽运方式 |
2.2 FRA的特性 |
2.2.1 FRA的增益 |
2.2.2 FRA的噪声 |
2.2.3 FRA的偏振特性 |
2.2.4 FRA色散管理 |
2.3 时分复用(TDM)原理 |
2.3.1 时分复用基本原理 |
2.3.2 时间同步与划分 |
2.3.3 光时分复用 |
2.4 TDM抽运FRA概述 |
2.5 本章小结 |
第三章 TDM抽运FRA电路设计与研究 |
3.1 TDM抽运FRA设计 |
3.2 半导体激光器驱动系统 |
3.2.1 半导体激光器原理 |
3.2.2 半导体激光器驱动电路整体设计 |
3.2.3 延时缓冲电路模块 |
3.2.4 恒流源模块 |
3.2.5 保护电路模块 |
3.2.6 基准电压源模块 |
3.3 半导体激光器温度控制系统 |
3.3.1 半导体激光器的温度特性 |
3.3.2 PID控制 |
3.3.3 温度控制系统设计 |
3.4 系统控制部分 |
3.5 本章小结 |
第四章 TDM抽运FRA电路仿真与测试 |
4.1 半导体激光器驱动系统仿真与实验结果 |
4.1.1 延时缓冲电路仿真与实验 |
4.1.2 恒流源仿真与实验 |
4.1.3 基准电压源仿真与实验 |
4.1.4 保护电路仿真与实验 |
4.1.5 仿真实验结果分析 |
4.2 温控系统测试 |
4.3 本章小结 |
总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
致谢 |
附件 |
(8)新型随机光纤激光器的实现及应用(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 随机光纤激光器概述及其分类 |
1.1.1 随机光纤激光器概述 |
1.1.2 随机光纤激光器的分类 |
1.2 基于瑞利反馈的随机光纤激光器的发展 |
1.2.1 随机光纤激光器的功率特性研究进展 |
1.2.2 随机光纤激光器的时域特性研究进展 |
1.2.3 随机光纤激光器的光谱特性研究进展 |
1.2.4 随机光纤激光器的应用拓展 |
1.3 论文研究意义及结构安排 |
第二章 随机光纤激光器的理论模型 |
2.1 拉曼随机光纤激光器理论模型 |
2.1.1 拉曼随机光纤激光器的稳态功率平衡模型 |
2.1.2 基于非线性薛定谔方程的动态模型 |
2.2 基于稀土离子掺杂增益的随机光纤激光器理论模型 |
2.3 本章小结 |
第三章 新型混合增益随机光纤激光器研究 |
3.1 基于掺铒-拉曼混合增益的低阈值高效率随机光纤激光器 |
3.1.1 激光器结构设计 |
3.1.2 理论仿真与优化 |
3.1.3 实验结果与分析 |
3.2 共腔式掺镱/拉曼随机光纤激光器 |
3.2.1 激光器结构设计 |
3.2.2 实验结果与分析 |
3.3 多波长掺镱/布里渊随机光纤激光器 |
3.3.1 掺镱/布里渊随机光纤激光器结构设计 |
3.3.2 实验结果与分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 新型级联拉曼随机光纤激光器研究 |
4.1 融合掺镱光纤激光器的紧凑型级联拉曼随机光纤激光器 |
4.1.1 紧凑型级联拉曼随机光纤激光器结构设计 |
4.1.2 级联拉曼随机光纤激光器输出特性分析 |
4.2 基于ASE泵浦的级联拉曼随机光纤激光器 |
4.2.1 ASE泵浦级联拉曼随机光纤激光器结构设计 |
4.2.2 ASE泵浦级联拉曼随机光纤激光器输出特性分析 |
4.3 基于多模干涉滤波器的级联多波长拉曼随机光纤激光器 |
4.3.1 工作原理及系统结构 |
4.3.2 实验结果 |
4.4 本章小结 |
第五章 随机光纤激光器输出特性的实验研究 |
5.1 偏振调制拉曼随机光纤激光器研究 |
5.1.1 偏振调制原理及实验结构 |
5.1.2 偏振调制随机激光实验结果 |
5.2 拉曼随机光纤激光器光谱强度统计分析 |
5.2.1 随机激光光谱强度统计特性概述 |
5.2.2 拉曼随机光纤激光器光谱强度统计特性实验结果及分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 随机光纤激光器光源的应用研究 |
6.1 随机光纤激光器在时域鬼成像中的应用 |
6.1.1 时域鬼成像的基本原理 |
6.1.2 基于随机光纤激光器光源的时域鬼成像研究 |
6.2 随机光纤激光器在高阶拉曼放大系统中的应用 |
6.3 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 本文的研究内容及主要贡献 |
7.2 后续工作的展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
(9)三阶拉曼光纤放大器的研究与应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 光通信系统中常用的放大技术 |
1.1.1 掺铒光纤放大器 |
1.1.2 半导体光放大器 |
1.1.3 拉曼光纤放大器 |
1.2 三阶拉曼光纤放大器国内外研究现状 |
1.3 三阶拉曼光纤放大器的研究意义 |
1.4 本论文的研究内容及创新点 |
2 三阶拉曼光纤放大器的理论原理 |
2.1 三阶拉曼光纤放大器的基本理论 |
2.1.1 拉曼散射 |
2.1.2 光纤中的受激拉曼散射效应 |
2.1.3 三阶拉曼光纤放大器的基本原理 |
2.2 三阶拉曼光纤放大器的结构 |
2.2.1 三阶拉曼光纤放大器的基本结构 |
2.2.2 三阶拉曼光纤放大器的结构分类 |
2.2.3 三阶拉曼光纤放大器的结构设计 |
2.2.4 三阶拉曼光纤放大器的泵浦源选择 |
2.3 拉曼光纤放大器的数学模型求解 |
2.3.1 三阶拉曼光纤放大器的数学模型 |
2.3.2 三阶拉曼光纤放大器模型的数值算法研究 |
2.4 本章小结 |
3 三阶拉曼光纤放大器的性能研究与优化配置 |
3.1 三阶拉曼光纤放大器的噪声来源 |
3.2 三阶拉曼光纤放大器的性能指标 |
3.2.1 净增益与开关增益 |
3.2.2 等效噪声指数 |
3.3 传统三阶拉曼光纤放大器的性能研究 |
3.3.1 三阶与二阶、一阶拉曼光纤放大器的噪声性能比较 |
3.3.2 三阶拉曼光纤放大器噪声性能分析 |
3.4 新型三阶拉曼光纤放大器的性能研究 |
3.4.1 新型三阶拉曼光纤放大器信号光波长选择 |
3.4.2 新型与传统三阶拉曼光纤放大器性能比较 |
3.5 本章小结 |
4 新型三阶拉曼光纤放大器在高速超长无中继光传输系统中的应用及测试 |
4.1 超长距无中继光传输系统简介 |
4.2 三阶拉曼系统关键技术 |
4.2.1 编码调制技术 |
4.2.2 新型光纤技术 |
4.2.3 色散补偿技术 |
4.2.4 三阶拉曼与遥泵结合光放大技术 |
4.3 三阶拉曼系统结构设计 |
4.4 三阶拉曼系统测试 |
4.4.1 基于三阶拉曼光纤放大器的单波50G系统测试 |
4.4.2 基于三阶拉曼光纤放大器的双载波50G系统测试 |
4.4.3 基于三阶拉曼光纤放大器的单波100G系统测试 |
4.5 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录1 攻读硕士学位期间参与的项目和发表的论文 |
附录2 主要英文缩写语对照表 |
(10)光纤参量放大器增益性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
目录 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 光放大器概述 |
1.3 光纤参量放大器的优点 |
1.4 论文结构安排 |
第二章 光纤参量放大的基本理论 |
2.1 光纤中的非线性效应 |
2.2 四波混频效应 |
2.3 光参量放大过程 |
2.4 本章小结 |
第三章 光纤参量放大器的特性研究 |
3.1 增益特性 |
3.1.1 单泵浦FOPA的小信号增益特性 |
3.1.2 影响单泵浦FOPA增益性能的因素 |
3.2 带宽特性 |
3.3 噪声特性 |
3.4 本章小结 |
第四章 零色散波长波动对双泵浦FOPA增益性能的影响 |
4.1 双泵浦FOPA的结构 |
4.2 影响双泵浦FOPA增益性能的因素 |
4.2.1 泵浦功率 |
4.2.2 泵浦中心波长 |
4.2.3 光纤非线性系数 |
4.2.4 零色散波长 |
4.3 零色散波长波动对宽带双泵浦FOPA的影响 |
4.3.1 宽带双泵浦FOPA中的拉曼效应 |
4.3.2 零色散波长波动与拉曼效应的综合作用 |
4.3.3 抑制零色散波长波动影响的方法 |
4.4 本章小结 |
第五章 插入OBPF的FOPA增益特性研究 |
5.1 单泵浦FOPA中插入OBPF方案的完善和验证 |
5.2 插入OBPF的双泵浦FOPA的增益特性 |
5.2.1 插入OBPF的双泵浦FOPA结构 |
5.2.2 仿真结果与增益性能分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结和展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
四、The Gain Dependence of the Power Transient in Raman Amplifier(论文参考文献)
- [1]光纤时频同步系统的中继放大研究[D]. 穆宽林. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]高重频掺钬光纤激光器及其大气传输特性研究[D]. 林鹏. 长春理工大学, 2021(01)
- [3]光学模数转换器关键技术研究[D]. 张戌艳. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]基于CMOS兼容微环谐振腔的光频梳产生理论与实验研究[D]. 柳牧龙. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)
- [5]高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究[D]. 黄龙. 国防科技大学, 2019(01)
- [6]掺镱光纤激光振荡器功率提升研究[D]. 叶云. 国防科技大学, 2019(02)
- [7]TDM抽运光纤喇曼放大器电路设计及实验研究[D]. 程前. 华南理工大学, 2019(01)
- [8]新型随机光纤激光器的实现及应用[D]. 吴函. 电子科技大学, 2019(01)
- [9]三阶拉曼光纤放大器的研究与应用[D]. 孙淑娟. 武汉邮电科学研究院, 2019(06)
- [10]光纤参量放大器增益性能的研究[D]. 赵琳琳. 北京邮电大学, 2014(04)