阶梯式掺杂和多环式掺杂设计的掺铒光纤(EDFs)结构复杂,采用改进化学气相沉积法(MCVD)制备困难。为此,将两段铒离子分别为中心掺杂和环形掺杂的掺铒光纤级联构成四线偏振模信号光放大器。该结构放大器使中心模式信号光(LP_(01)模和LP_(02)模)和离心模式信号光(LP_(11)模和LP_(21)模)分别在中心掺杂铒光纤和环形掺杂铒光纤中获得主要增益。基于一种改进遗传算法(GA),对该放大器两段掺铒光纤的长度和铒离子掺杂半径进行优化。结果显示,仅用270m W LP_(11)模抽运光对该级联结构放大器进行抽运,四线偏振模信号光可获得20dB的平均增益,且模式相关增益(DMG)不超过3.5dB。
由于单模光纤通信系统容量正逐渐逼近非线性香农极限,基于少模光纤的模分复用技术在最近几年得到深入的研究和发展。少模光放大器是模分复用技术落地的关键环节。本论文以少模掺铒光纤放大器、少模光纤拉曼放大器的理论模型为基础,研制增益均衡的少模光纤放大器。本论文的工作主要包含以下几个方面:1.为简化泵浦结构复杂性,消除简并泵浦模式角度依赖,通过设计两层铒离子掺杂结构的光纤,采用基模纤芯泵浦的方法,实现了C波段少模掺铒光纤放大器6空间模式的增益均衡。1550 nm波长上平均模式增益15 d B,模间增益差小于2.5 d B。在1540～1565 nm波长范围内,各模式波长增益起伏小于3.5 d B。2.为实现更多模式数目的增益均衡,设计了带有折射率沟槽结构的双包层掺铒光纤,通过包层泵浦,研制了21空间模式增益均衡的掺铒光纤放大器。由于掺铒光纤能够将个信号模式的能量紧密束缚于纤芯,21个空间模式的模间增益差得到减小。C波段21空间模式平均增益15 d B以上,模式增益差在3 d B左右。1535～1560 nm波长范围内,各模式波长增益起伏约4 d B。3.从自发拉曼散射出发,实验分析普通少模光纤、熊猫眼保偏光纤和椭圆型保模光纤中,不同泵浦模式下自发拉曼散射的偏振和空间模式的依赖情况。指出高阶简并模式的矢量模式耦合是影响自发拉曼散射偏振和空间模式依赖的主要原因。并在泵浦光偏振和空间模式充分耦合的情况下,利用少模光纤中的自发拉曼散射测量不同模式交叠的相对比值。4.为实现模分和波分复用传输系统中的模式增益均衡和波长增益平坦,实验演示多波长（1440 nm、1455 nm和1480 nm）多模式泵浦的少模光纤拉曼放大器。在1530～1590 nm之间60 nm波长范围内,各模式开关增益约为10 d B,模间增益差约为0.5 d B,增益平坦度小于3 d B。数值分析二阶少模拉曼泵浦中各信号模式等效噪声系数的影响因素。利用1480 nm LP11模式泵浦光将分布式少模光纤拉曼放大与少模掺铒光纤放大相结合,首次实现模式增益均衡、波长增益平坦的远程遥泵少模光纤放大。
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