基于光子晶体光纤的拉曼放大器特性研究

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1、第8期尚韬等：基于光子晶体光纤的拉曼放大器特性研究·67·基于光子晶体光纤的拉曼放大器特性研究尚韬，李锋，刘增基（西安电子科技大学综合业务网理论与关键技术国家重点实验室，陕西西安710071）摘要：研究了基于光子晶体光纤拉曼放大器的特性。在后向多抽运的情况下，利用不同的几何尺寸与掺锗浓度，全面研究了拉曼净增益、信号双重瑞利后向散射光信噪比及放大自发辐射光信噪比，并进行了模拟分析。计算、比较了该类放大器与基于单模光纤的拉曼放大器的性能。结果表明，在合理选择光纤几何尺寸与掺锗浓度的基础上，光子晶体光纤拉曼放大器具有更好的放

2、大特性。关键词：光纤拉曼放大器；光子晶体光纤；掺锗浓度；拉曼增益；光信噪比中图分类号：TN913.7文献标识码：A文章编号：1000-436X(2008)08-0063-06NumericalanalysisofRamanamplifierbasedontriangularphotoniccrystalfiberSHANGTao,LIFeng,LIUZeng-ji(StateKeyLaboratoryofIntegratedServiceNetwork,XidianUniversity,Xi’an710071,Chin

3、a)Abstract:AnumericaldesignonthetriangularPCF-basedbackwardmulti-pumpRamanamplifierwaspresented.ItisdemonstratedthathighflatRamangaincanbereachedbasedonPCF.InfluencesofdifferentgeometricparametersandgermaniumconcentrationsontheRamannetgain,amplifiedspontaneousem

4、ission(ASE)noiseanddoubleRayleighbackscattering(DRBS)ofthesignalhavebeenanalyzed.Meantime,comparisonwithmulti-pumpgain-flatRamanamplifiersbasedonstandardsinglemodefiberwasalsocarriedout.TheresultsshowedthatPCFisanappropriatecandidateforhighgainsRamanamplifiers.T

5、heresultsalsoindicatethatforoptimizingcrystalfiberRamanamplifier,thereistradeoffbetweenthegeometricparameterandgermanium-dopedconcentrationoftriangularPCF.Keywords:fiberRamanamplifier;photoniccrystalfiber;germanium-dopedconcentration;Ramangain;opticalsignal-nois

6、eratio第8期尚韬等：基于光子晶体光纤的拉曼放大器特性研究·67·1引言收稿日期：2007-12-03；修回日期：2008-07-11随着大功率抽运激光器技术的日益成熟[1,2]，光纤拉曼放大器(FRA)由于具有噪声低、全波段可放大和利用传输光纤作介质在线放大等优点，是实现高速率、大容量、长距离光纤传输的关键器件之一[3,4]。自1996年英国南安普顿大学的J.C.Knight等人研制出世界上第1根光子晶体光纤（PCF）以来[5]，PCF的发展无疑成为近年来这个领域最引人注目的热点之一。与传统光纤结构的不同，光子晶

7、体光纤特殊的包层微结构使其导光机制也完全不同，决定了它具有一系列传统光纤无可比拟的特性，如无限的单模传输、低的光纤损耗、灵活可控的色散、高双折射、更显著的非线性等特性[6~8]。全内反射型光子晶体光纤（TIR-PCF）是拉曼增益介质的新成员。通过调整几何尺寸（空气孔直径和孔间距）和掺锗浓度，PCF较常规光纤具有更高的拉曼增益系数[9,10]。目前，光子晶体光纤拉曼放大器还处在研发的初级阶段，全面的分析研究正在逐步展开[11~17]第8期尚韬等：基于光子晶体光纤的拉曼放大器特性研究·67·。随着PCF衰减系数和瑞利后向散

8、射系数的不断降低以及与传统光纤的耦合效率的进一步提高[13]，光子晶体光纤拉曼放大器必将在未来的高速DWDM光通信系统中发挥重要的作用。本文主要针对光子晶体光纤在拉曼放大器运用方面展开研究。在综合考虑光纤几何尺寸以及掺锗浓度的基础上，利用后向多抽运条件，进行了建模和数值仿真，并分析了光纤拉曼放大器增益、信号双重瑞利后向散射信噪比(