相干光通信系統(tǒng)分布式拉曼放大研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的迅速發(fā)展促使網(wǎng)絡(luò)帶寬需求不斷提升，對光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量提出了更高的要求，基于高級調(diào)制格式和數(shù)字信號處理的相干光通信技術(shù)成為下一代大容量長距離光纖通信系統(tǒng)的必然選擇。在光纖通信系統(tǒng)中，光放大器是不可缺少的關(guān)鍵器件之一，其中分布式光纖拉曼放大器具有諸多優(yōu)點，如噪聲水平低，可在較大的帶寬范圍內(nèi)提供較高的且平坦的增益，并且增益區(qū)間可靈活配置，因此在理論研究和系統(tǒng)應(yīng)用中具有極高的價值。早在傳統(tǒng)的強度調(diào)制直接檢測系統(tǒng)里拉曼

2、放大器就已經(jīng)被廣泛使用，相應(yīng)的理論模型也基本趨于完善，然而在相干通信系統(tǒng)的背景下，拉曼效應(yīng)對基于偏振復用的高級調(diào)制格式信號的作用方面仍存在理論盲區(qū)。本論文針對這一科學問題，展開了深入的理論研究與實驗驗證，主要的成果如下:
　　(1)采用基于瓊斯向量的耦合非線性薛定諤方程，建立了一套較為完備的信號傳輸模型，該模型可描述在拉曼放大下光場的振幅、相位和偏振的演化情況，模型涵蓋了光纖的主要線性和非線性效應(yīng)，適用于任意多波長、任意方向泵浦和

3、任意階放大等各種場景，可用于分析、設(shè)計和優(yōu)化基于分布式拉曼放大的相干光通信系統(tǒng)。
　　(2)發(fā)現(xiàn)并詳細闡述了拉曼泵浦通過交叉相位調(diào)制效應(yīng)導致的相對相位噪聲的機理，在一些合理的假設(shè)下，給出了噪聲的解析表達式，研究了噪聲的統(tǒng)計特性；通過實驗測量了噪聲的傳遞函數(shù)，證實了相對相位噪聲的低通濾波特性；利用蒙特卡洛模擬的方法計算了該噪聲在不同泵浦方式和參數(shù)下，對基于相干技術(shù)的單載波系統(tǒng)和OFDM系統(tǒng)的影響，討論了對相位恢復算法的優(yōu)化策略及其對

4、噪聲的抑制效果。
　　(3)發(fā)現(xiàn)并詳細闡述了拉曼泵浦通過交叉偏振調(diào)制效應(yīng)導致的相對偏振噪聲的機理，通過對耦合非線性薛定諤方程的數(shù)值求解，分析了該噪聲的統(tǒng)計特性，并與相對強度噪聲和相對相位噪聲進行了比較，發(fā)現(xiàn)其傳遞函數(shù)截止頻率遠大于后者；綜合考慮相對強度噪聲、相位噪聲和偏振噪聲，研究了它們對多跨段長距離通信系統(tǒng)和無中繼系統(tǒng)的影響；最后介紹了針對相對偏振噪聲的抑制算法的原理及應(yīng)用。
　　(4)應(yīng)用所提出的信號傳輸模型，研究了基于

5、分布式拉曼放大器的超長跨距無中繼相干光通信系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化問題，優(yōu)化了系統(tǒng)的信號和泵浦功率，比較了基于不同階數(shù)的拉曼放大器的系統(tǒng)傳輸性能，分析并計算了系統(tǒng)里不同噪聲源所引起的傳輸性能代價；結(jié)合Giles模型，給出了無中繼系統(tǒng)中遠程光泵浦放大器的優(yōu)化方案，優(yōu)化參數(shù)包括放大器的摻鉺光纖長度和放大器的最佳位置。
　　歸納起來，我們提出了一個具有普適性的拉曼放大傳輸模型，首次發(fā)現(xiàn)并詳細闡述了拉曼泵浦與信號之間通過非線性效應(yīng)所導致的相位噪聲