Исследование широкополосных оптоволоконных ВКР-усилителей с полихроматичной накачкой

• Автор: Пустовских, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 103 с. : ил.

Глава 1. Волоконные ВКР-усидители оптического сигнала.

§ 1. ВКР в оптических волокнах

§2. Использование ВКР для усиления оптического сигнала

Глава 2. Разработка и исследование новых схем накачки волоконных ВКР-усилителей.

§3. Численная модель

§4. ВКР-усилители с трехволновой схемой излучения накачки

§5. ВКР-усилители с непрерывным спектром излучения накачки

§6. Комбинированные ВКР-усилители с использованием

широкополосных источников излучения накачки

§7. Сравнение разработанных схем накачки волоконных ВКР-усилителей

Глава 3. Моделирование и экспериментальное исследование ВКР-усилителя с уширенным излучением накачки за счет эффекта модуляционной неустойчивости.
§8. Предпосылки для исследования ВКР-усилителей со спектрально-уширенной накачкой
® §9. Эффект модуляционной неустойчивости в оптических волокнах
§10. Экспериментальное и численное исследование ВКР-усилителя
с использованием эффекта модуляционной неустойчивости
Л § 11. Обсуждение результатов
Заключение
Список литературы

Волоконная оптика является одним из самых быстро развивающихся направлений современной лазерной физики. Успехи этого направления связаны с проведением широких комплексных фундаментальных исследований, которые обеспечили не только создание волоконных световодов с предельно низкими потерями, но и уникальных источников когерентного излучения в необходимом спектральном диапазоне.
С момента внедрения в системах связи в начале 70-х годов, оптические волокна стали незаменимым средством передачи оптического сигнала. Основываясь на физическом принципе полного внутреннего отражения света, оптический сигнал в волокнах способен распространяться на десятки километров, а при периодическом оптическом усилении энергии сигнала - на сотни километров, что сделало возможным создание трансатлантических систем оптической связи. За последние 90 лет информационная емкость линий связи возросла на пять порядков, начиная с первых телефонных линий, скорость передачи информации которых составляла 1 бит/с. Примерно такой же рост отмечен и за последние 20 лет - достигнута скорость порядка 1 Тбит/с [1]. Мировое производство волоконных световодов в настоящее время составляет 60 млн. км/год.
Требование увеличения скорости передачи и обработки информации ставит на повестку дня необходимость создания оптических каналов передачи информации со спектральным уплотнением. Следовательно, дальнейшее развитие невозможно без детальных фундаментальных исследований в области разработки новых элементов систем связи: волоконных световодов, высокоэффективных источников оптического излучения и оптических усилителей.
Именно разработка широкополосных оптических усилителей привела к созданию в конце 90-х годов экспериментальных волоконно-оптических систем связи со спектральным уплотнением 100 и более каналов, что позволило достичь суммарной скорости передачи информации более 1 Тбит/с. Всего же в 90-е годы проложено более 350 тыс. км волоконно-оптического кабеля, он связывает более 70 стран мира. Очевидно, что в ближайшие годы волоконно-оптические системы со скоростями передачи информации >1 Тбит/с найдут широкое коммерческое применение, и в дальнейшем скорость передачи данных будет расти в соответствии с растущими потребностями пользователей. На сегодняшний день очевидным направлением развития существующих технологий спектрального уплотнения каналов излучения является расширение спектральной полосы передачи информации.
К настоящему моменту в волоконных линиях связи существует три типа усилителей оптического сигнала: полупроводниковые, волоконные эрбиевые и ВКР-усилители (римановские усилители). Полупроводниковые усилители пока не используются в системах со спектральным уплотнением каналов в силу их быстрой динамики усиления, приводящей к перекрестным помехам между различными спектральными каналами, а так же высоким уровнем шумов. Широко распространены эрбиевые волоконные усилители, полная спектральная полоса усиления которых составляет около 80 нм, что обеспечивает усиления в основном коммуникационном диапазоне 1520-1600 нм, используемом в настоящее время для передачи данных [2].
Кроме ширины полосы усиления важна плоскостность его спектральной характеристики. Это связано с тем, что во всех спектральных каналах должно быть одинаковое усиление. Полупроводниковые и эрбиевые усилители не имеют плоской спектральной характеристики усиления вследствие зависимости контура усиления от свойств усиливающей среды, поэтому выравнивание спектра усиления осуществляется
зрения оптимизации, поскольку при заданном спектральном диапазоне усиления и общей мощности излучения накачки существует всего два параметра оптимизации формы спектра накачки и соответствующего контура ВКР-усиления - длина волны точки перегиба и наклон одной из сторон треугольного спектра накачки (наклон второй части спектра определяется из соображений сохранения общей мощности излучения накачки). На рисунке 5.2 приведены результаты оптимизации контура ВКР-усиления по положению точки перегиба в спектре накачки.
Длина волны (мкм) Длина волны (мкм)
Рисунок 5.2. Оптимизация контура ВКР-усиления по положению точки перегиба в спектре излучения накачки треугольной формы.
Как видно из предыдущего рисунка, за счет вариации спектрального положения точки перегиба было достигнуто существенное выравнивание контура ВКР-усиления. В дальнейшем была проведена оптимизация контура ВКР-усиления по наклону одного из линейных участков спектра излучения накачки, в данном случае был выбран длинноволновый участок спектра, наклон коротковолнового участка определялся из