光子晶体光纤中的四波混频效应及应用

作     者：于方永 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩利红

授予年度：2016年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：四波混频 光子晶体光纤 光参量放大 相位敏感光参量放大器 偏振态 光通信 

摘      要：本文基于光纤中四波混频理论和光子晶体光纤特性,设计使用了特定光子晶体光纤作为增益介质的相位敏感型光参量放大器,该类型的光参量放大器不仅保留了普通光纤放大器的优点,而且其带宽和增益都大于普通光纤放大器。相比于非相位敏感型的光参量放大器,该类型光纤放大器在同时放大多个信号波长的同时还可以轻松打破3dB量子噪声极限,实现超低的噪声系数。光子晶体光纤具有高非线性、色散可控和无截止单模等特性,因此,光子晶体光纤不但可以应用于光通信系统,还可以作为四波混频效应良好介质。通过优化设计参数,来得到高非线性系数、适当色散分布的光子晶体光纤,可以实现高效的四波混频效应。依据光纤中的四波混频和光参量放大理论,通过级联非相位敏感型光参量放大器,实现了相位敏感型光参量放大,利用特定参数的光子晶体光纤作为该放大器的增益介质,不仅提高了参量增益,而且大大缩短了光纤参量放大器的长度,简化了相位敏感型光参量放大系统的复杂度。依照提出的两种光参量放大器结构,以龙格库塔计算方法为基础,对该光参量放大器进行了数值仿真分析,从结果中,我们可以看出,级联的相位敏感型光参量放大器的增益带宽约为100nm,且都在通信波段内,相比于传统的非相位敏感型光参量放大器,其增益更高(比传统增益高6dB),最重要的是,该级联结构光参量放大器实现了 1dB的超低噪声系数。通过偏振相关的理论分析,提出了一种具有高非线性、小色散和保偏特性的特种光子晶体光纤,用作未来具有超高增益、超低噪声和大带宽特性的相位敏感型光参量放大器的参量增益介质。由于该放大器大带宽,高增益,低噪声及结构简单等特性,使得其非常适用于密集波分复用通信系统。