【摘 要】
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随着5G时代的到来,光纤通信系统正朝着大规模密集波分复用的方向发展,传统的掺铒光纤放大器（EDFA）因其受限的放大波段,已无法满足未来光纤通信系统高速、宽带、长距离传输的需求。光纤喇曼放大器（FRA）因其具有宽带宽、低噪声、可分布式放大等一系列优点成为现代光纤通信的关键技术。增益平坦化是光纤喇曼放大器的一个研究热点。通常采用空间波分复用（WDM）法解决光纤喇曼放大器增益平坦问题,即多个不同波长的抽
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随着5G时代的到来,光纤通信系统正朝着大规模密集波分复用的方向发展,传统的掺铒光纤放大器（EDFA）因其受限的放大波段,已无法满足未来光纤通信系统高速、宽带、长距离传输的需求。光纤喇曼放大器（FRA）因其具有宽带宽、低噪声、可分布式放大等一系列优点成为现代光纤通信的关键技术。增益平坦化是光纤喇曼放大器的一个研究热点。通常采用空间波分复用（WDM）法解决光纤喇曼放大器增益平坦问题,即多个不同波长的抽运源同时抽运,但多个抽运光之间同时抽运会产生相互作用,从而引起非线性效应和四波混频效应（FWM）。本文采用多个抽运源时分复用（TDM）抽运光纤喇曼放大器的方式,可以有效避免多个抽运光之间的相互作用而产生的非线性效应。本文围绕着多波长时分复用抽运光纤喇曼放大器的基本理论,构建了TDM抽运光纤喇曼放大器功率分布模型,结合量子遗传算法,优化了多波长TDM抽运光纤喇曼放大器的抽运功率,实现了光纤喇曼放大器增益平坦,最后设计并搭建了四路半导体激光器抽运控制平台,采用量子遗传算法作为多路激光器温度控制算法,实现了多路半导体激光器高精度温度功率控制与时分复用抽运。本文具体的研究工作如下:一、分析了光纤喇曼放大器的研究现状,在阐述光纤喇曼放大器基本原理的基础上,建立了多波长时分复用（TDM）抽运光纤喇曼放大器功率分布模型。二、在研究量子遗传算法及TDM抽运光纤喇曼放大器的基础上,提出了一种基于量子遗传算法的TDM抽运光纤喇曼放大器抽运功率优化方案,探究了信号光功率与噪声时空演化图像,给出了光纤喇曼放大器增益平坦与增益优化的适应度函数,结合光纤喇曼放大器增益、噪声与信号光输出波动性,提出了定量分析光纤喇曼放大器性能的品质因子,获得了四波（1430nm、1440nm、1455nm、1480nm）后向抽运下,信号光增益为20.5d B、增益平坦度为1.5d B的TDM抽运光纤喇曼放大结果。三、设计了TDM抽运光纤喇曼放大器实验平台。设计并实现了半导体激光器驱动控制电路,单路激光器温控稳定度为0.2%,光功率稳定度为0.05%,激光驱动电流最大可达2A,最大光功率输出为500m W。在实现单路光纤激光器稳定驱动的基础上,设计并实现了基于FPGA和量子遗传算法优化的PID自整定控制算法的多路激光器驱动,多路激光器的温控稳定度为0.6%,光功率稳定度为0.07%,并实现了抽运周期为0.1ms的TDM抽运。经过一系列光电参数测试,本驱动控制系统完全满足了TDM抽运的实验需求。
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