【摘 要】
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少模光纤通信作为一种提高通信系统传输容量的潜在方案而备受关注。少模光纤通信系统以光纤中相互正交的信号模式作为独立的通信信道进行信息的传输,实现通信系统传输容量的大幅提升。少模掺铒光纤放大器是少模光纤通信系统中至关重要的中继放大器件,利用均匀掺铒的少模光纤放大器对系统中的模分复用信号进行放大时,信号会产生较大的模式增益差,导致少模光纤通信系统传输容量的急剧下降。因此需要对少模掺铒光纤放大器进行增益均
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少模光纤通信作为一种提高通信系统传输容量的潜在方案而备受关注。少模光纤通信系统以光纤中相互正交的信号模式作为独立的通信信道进行信息的传输,实现通信系统传输容量的大幅提升。少模掺铒光纤放大器是少模光纤通信系统中至关重要的中继放大器件,利用均匀掺铒的少模光纤放大器对系统中的模分复用信号进行放大时,信号会产生较大的模式增益差,导致少模光纤通信系统传输容量的急剧下降。因此需要对少模掺铒光纤放大器进行增益均衡设计。本文的主要工作和创新成果如下:（1）从光纤模式理论出发,分析了少模掺铒光纤放大器的数学模型,利用四阶龙格库塔法与打靶法对光纤放大器微分方程组进行数值求解,建立了少模掺铒光纤放大器的MATLAB仿真模型。（2）利用少模光纤放大器的数学模型研究了不同模式的芯层泵浦少模光纤放大器的增益性能,分析泵浦模式间的增益互补性,确定了少模掺铒光纤放大器的最佳泵浦模式组合。设计了少模光纤的环形分层掺铒结构,阐述了遗传算法的原理和实现流程,根据光纤放大器的优化条件定义了遗传算法的适应度函数,确定了遗传算法中的种群规模、交叉概率与变异概率等优化参数。（3）利用遗传算法优化得到了LP02+LP21模泵浦四模式群组少模光纤放大器的最优三层掺铒结构,实现了C波段四模式模分复用信号平均增益大于20d B,模式增益差小于0.5d B且1550nm信号的模式增益差最小为0.103d B的信号增益。设计了适用于五模式群组少模光纤放大器的四层掺铒结构,利用遗传算法优化得到了最优掺铒结构的LP02+LP21+LP31模泵浦五模式群组少模掺铒光纤放大器,实现了C波段五模式模分复用信号平均增益大于20d B,模式增益差小于0.4d B且1550nm信号模式增益差最小为0.016d B的信号增益。（4）分别分析了两种少模掺铒光纤放大器的信号模式增益、噪声系数和C波段增益光谱,研究了少模光纤放大器的增益性能与泵浦功率、信号功率及信号波长的关系。计算了光纤掺铒结构的制造误差对光纤放大器增益性能的影响,确定了掺铒光纤中最重要的结构参数。研究表明,采用泵浦调控与少模光纤掺铒结构优化相结合的方式,可以有效地降低少模光纤中模分复用信号的模式增益差,实现少模掺铒光纤放大器的增益均衡。
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