用遗传算法设计掺铒光纤及掺铒光纤放大器

摘要

本发明公开了一种将掺铒光纤和掺铒光纤放大器(EDFAs)同时进行设计的新方法。该方法应用全局优化的遗传算法，以信号增益以及带宽为目标函数，在不同的泵浦功率下，数值计算EDFAs中铒离子密度速率方程和单模条件下的光传播方程，应用反演法，通过输出的信号增益和带宽值来反向同时确定掺铒光纤及其放大器所需的7个最佳参数值，包括：掺铒浓度、纤芯半径、掺铒半径、折射率差、光纤长度、泵浦波长和信号功率。本发明涉及掺铒光纤及其光纤放大器参数的整体配置，适用于开环、稳态运行条件，具有单模、单光纤高增益(35dB以上)、宽带宽(大于25nm)、低噪声(～3dB)、高效率等特点。可直接用于波分复用或密集波分复用系统，也可应用于由EDFAs构成的其它光电子器件或系统。

主权项

根据上述方法，在泵浦功率为P_p＝25，50，75，100，125，150，175，200mW八种情况下，同时确定了最佳掺铒光纤参数和最佳放大器参数共7个参数。在这7个参数中，其中有4个为常量，特征在于：最佳纤芯半径a≡0.548μm，最佳掺铒半径b≡0.548μm，最佳折射率差 $\mathrm{\Delta n}\equiv 0.460$(即空气包层光纤)和最佳输入信号功率P_s≡0.001mW。另外3个参量(掺铒浓度n_t、光纤长度L、泵浦波长λ_p)的特征值以及对应的中心信号增益、-3dB带宽和中心信号噪声系数如下表所示：权利要     泵浦          最佳掺       最佳光     最佳泵     中心信    -3dB    中心信号求序号     功率          铒浓度       纤长度     浦波长     号增益    带宽    噪声系数P_p(mW)    n_t(×10²⁵m^-3)  L(m)      λ_p(nm)   G_c(dB)NF(dB)  1         25            1.19         6.75      1462.0      28.56    22.5     3.923  2         50            1.21         7.24      1458.5      31.85    25.0     3.798  3         75            1.22         7.40      1458.2      33.74    22.5     3.772  4         100           1.25         7.50      1457.8      35.08    25.0     3.757  5         125           1.25         7.71      1457.6      36.11    25.0     3.749  6         150           1.17         8.46      1457.4      36.93    25.0     3.743  7         175           1.11         9.00      1457.2      37.63    25.0     3.739  8         200           1.09         9.26      1457.1      38.23    22.5     3.736注：表中每一行都另有最佳特征参量：纤芯半径a≡0.548μm，掺铒半径b≡0.548μm，折射率差 $\mathrm{\Delta n}\equiv 0.460$(即空气包层光纤)和输入信号功率P_s≡0.001mW。上述参数的误差为±1％，参数适用于开环、稳态运行、单模光传播的EDFAs器件或系统。