高功率双包层铒镱共掺光放大器的理论和仿真研究

大功率分配系统中，要求光纤放大器具有更高的饱和输出功率。铒镱共掺双包层光纤放大器采用包层抽运技术，将多模大功率抽运光耦合到双包层光纤的内包层中，提高了抽运光的吸收效率。 镱离子的掺杂解决了传统 EDFA 中铒离子浓度过高时产生的浓度淬灭问题，有效的提高了抽运光吸收效率，使1550nm 波段高功率光纤放大器的首选方案，成为了国内外该领域研究的热点。 本文重点对铒镱共掺双包层光放大器和光纤受激布里渊散射进行了仿真研究，建立了铒镱共掺双包层光放大器的理论模型，具体工作内容如下： 阐述了光放大器国内外的发展概况。系统的研究了连续光和脉冲光在铒镱共掺光放大器中的放大以及单模光纤的受激布里渊散射。在连续光情况下，采用了牛顿迭代法求解粒子速率方程组，采用前向抽运方式，对静态信号光、抽运光、斯托克斯光以及 ASE 光的传输方程运用四阶龙格库塔迭代法进行了数值求解。研究了不同的抽运光功率和信号光波长，对应不同的最优化光纤长度，达到最佳增益；不同的信号光功率，对应不同的优化光纤长度，达到最佳增益而不超过噪声系数的设定值；不同的泵浦光功率，对应不同的优化光纤长度，达到最佳增益而不超过噪声系数的设定值；信号光功率和噪声功率的关系；泵浦光功率与噪声增益谱的关系；斯托克斯光沿着光纤的分布。在脉冲光情况下，采用有限差分法对粒子速率方程组、信号光、抽运光、斯托克斯光以及ASE光的传输方程进行求解。研究了一定重复频率的输入矩形脉冲序列的放大，矩形脉冲、高斯脉冲的放大特性分析。研究了单模光纤中，高斯脉冲的受激布里渊散射，必须选择合适的光纤长度避免发生受激布里渊散射。