[毕业论文] 非相干光泵浦光纤参量放大器可行性研究 [复制链接]

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毕业论文-非相干光泵浦光纤参量放大器可行性研究，共61页，22123字

中文摘要

光纤参量放大器利用高非线性光纤的非线性效应，实现能量从泵浦光向信号

光的转移，从而得到信号的放大。以激光为泵浦，实现激光信号的参量放大得到

了广泛的研究，而以宽谱非相干光为泵浦的光纤参量放大器的研究目前为止非常

少。本文探讨了以非相干光为泵浦光的光纤参量放大器，分析了非相干光在非线

性光纤中的四波混频效应，利用高非线性光纤进行了实验，发现不同于激光泵浦

情况的新结果：激光信号不能被放大，反而会衰减。通过理论与实验研究，我认

为有两种原因导致上述结果：一、非相干光的宽谱特性导致除了通常与激光信号

对称分布于泵浦两侧的闲频光之外，还会导致激光信号的能量向自身周围的频率

区域转移，形成以信号频率为中心的闲频光。当信号频率远离泵浦光中心频率时，

由于相位匹配造成的两个过程转换效率不同，激光信号的峰值功率会明显下降；

二、泵浦光的非相干特性会引入对激光信号的随机调制，使原本的准单色激光变

为窄带随机信号，从而使激光信号的峰值功率下降。前者是由于非线性过程产生

新的频率的光导致激光功率下降。而后者是因为对激光信号引入了随机调制导致

功率下降。模拟结果的说明了实验现象，闲频光的功率的实验值与理论值符合较

好。

关键词：光纤参量放大器 四波混频 非相干光泵浦 相干光信号 窄带随机过程

ABSTRACT

Fiber-optic parametric amplifiers based on four-wave mixing (FWM) occurring in

the highly nonlinear fiber can transfer the energy from pump optical wave to the signal

optical wave and provide gain. Until now the coherent four-wave mixing has been

studied extensively and deeply, while there’s little research on incoherent FWM. I

study the incoherent FWM between incoherent light pump and coherent signal. In the

experiment I find new phenomenon which is different from the case of coherent pumpbr />
the coherent signal depletes along the fiber rather than being amplified, which is

caused by the features of broadband and complete incoherence of the pump. There are

two possible reasons for our observation: 1.Besides the usual idler with its

center-frequency of 2ωp-ωs, the broadband of incoherent pump generates a new kind of

idler. The usual idler causes the signal to be amplified while the unusual one will

deplete the signal. It leads to the fact that the laser signal won’t be amplified. 2. The

incoherence of the pump induces stochastic fluctuations of coherent signal, which

reduces the peak power of laser signal. The former mechanism causes new idler based

on the nonlinear effect while the latter induces a stochastic modulation of the signal,

both will bring down the signal’s peak power. The experiment results agree to the

theory.

Keywords: Fiber Optical Parametric Amplifiers(FOPA)

four-wave

mixing(FWM)

incoherent light pump

coherent light signal

narrow band

stochastic process

目录

第 1 章 ........

引 言......1

1.1 研究背景 .1

1.2 研究现状 .3

1.2.1 激光泵浦的 FOPA技术 ......3

1.2.2 非相干光泵浦的 FOPA ......4

1.3 本文研究目标和内容 ...5

第 2 章 非相干光四波混频理论 ....6

2.1 四波混频一般理论 ......6

2.2 非相干光四波混频理论 .........8

第 3 章 泵浦宽谱特性对激光信号的影响 .......12

3.1 非相干光泵浦参量过程初步实验及分析 .12

3.2 非相干光泵浦参量过程的数值模拟 ........17

3.3 非相干光泵浦参量过程定量实验及分析 .21

3.4 小结 .......23

第 4 章 泵浦非相干特性对激光信号影响的研究 ......24

4.1 窄带随机过程理论 ....24

4.2 偏振非相干光的统计描述 [9] 25

4.3 非相干光泵浦四波混频过程对相干光信号的随机调制 [9] .....26

4.4 实验现象的定量分析 .31

4.5 小结 .......32

第 5 章

结论 ..33

插图索引 .........34

表格索引 .........35

参考文献 .........36

致 谢 .....37

声 明 .....38

附录 A 外文资料的书面翻译 .........39

附录 B 用于仿真模拟的程序 .........48

B.1 计算闲频光 1、闲频光 2 功率的 matlab程序 .....48

B.2 用于窄带随机信号的 matlab仿真程序 ......53

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