[发明专利]基于高非线性光纤的多泵浦相位敏感放大器及生成方法

说明书

本发明提出了一种基于高非线性光纤的多泵浦相位敏感放大器及生成方法，用以解决现有PSA中不易产生四阶阶梯相位响应，不能实现QPSK信号的相位再生的问题；步骤为：有N个光波在四波混频过程中相互作用，得到以下N个耦合差分方程；确定具体有多少个波长参与了四波混频过程；将所有参与四波混频过程的波长列入步骤一中N个耦合差分方程中计算输出波的复振幅和相位，得到相位敏感放大器；利用多波模型对相位敏感放大器的配置参数优化，得到三种基于HNLF的多泵浦PSA用于QPSK信号再生。本发明通过优化泵浦光与信号光的初始功率设计出高能效的PSA，以较低的非线性相移得到四阶阶梯相位响应对QPSK信号进行相位再生。

技术领域

本发明涉及光通信的技术领域，尤其涉及一种基于高非线性光纤的多泵浦相位敏感放大器及生成方法。

背景技术

在光通信中，相位敏感放大器(Phase sensitive amplifier，PSA)在低噪声放大与相位噪声消除领域得到了广泛的应用。在高速光通信系统中，为了适应快速增长的网络流量，具有高频谱效率的高级调制格式成为了研究热点。目前，利用QPSK调制格式的100Gb/s传输系统已经投入到商用通信网络中。为了拓展高速QPSK光网络的规模，研究用于消除网络节点传输中累积噪声的再生器具有重要的意义。

相位敏感放大器(PSA)能够放大差分相移键控(differential phase shiftkeying，DPSK)信号中的同相分量并同时衰减正交分量，因此能够有效地抑制DPSK信号中的相位噪声。传统的PSA会将信号的复振幅投射至增益轴上，因此对于QPSK信号而言，会被转换为二进制相位相移键控(binary phase shift keying，BPSK)信号而无法进行直接信号的再生。而多泵浦PSA可以通过改变配置参数，实现四阶阶梯相位响应，因此可以适用于QPSK信号的再生。

目前对基于不同非线性光学介质的PSA已进行了广泛地研究，其中基于高非线性光纤(Highly nonlinear fiber，HNLF)的PSA因克尔效应的超快响应速度(10^-14s)而具有的超高速信号处理、低损耗特性与色散可控性等特点使其在众多的PSA中脱颖而出。基于HNLF的相位敏感放大器因其超快响应速度、低损耗与色散可控等特点使得PSA的结构能够灵活多变。通过合理调整基于HNLF的多泵浦相位敏感放大器的配置参数就能获得理想的增益与相应曲线。双泵浦简并PSA因其同相放大、反相衰减(二进制阶梯相位响应)的特性常常用来对BPSK信号进行再生。但是对于QPSK信号的再生而言，则需要一个具有四阶阶梯相位转移函数的PSA。基于HNLF的PSA基本原理可以理解为能量在信号光、泵浦光以及四波混频所产生边带之间的转移。拥有低色散斜率的基于HNLF的PSA必然会因FWM产生很多高阶边带，于是往往利用7波模型(例如：双泵浦简并PSA)来计算PSA的高增益消光比。在这种模型中，高阶边带能够通过消耗泵浦功率来促进相位敏感衰减，从而获得较高的增益消光比。当有更多的波长参与到PSA中的四波混频(FWM)过程中时，就需要对原先的7波模型做成相应的扩展了。对于具有各种频率分配以及输入波功率分配的多泵浦PSA，此时就需要相应地建立一个多波数值模型了。

发明内容

针对现有PSA中不易产生四阶阶梯相位响应，不能实现QPSK信号的相位再生的技术问题，本发明提出一种基于高非线性光纤的多泵浦相位敏感放大器及生成方法，提出了三种基于高非线性光纤的相位敏感放大器，并通过优化它们的配置参数使其尽可能在较小的非线性相移(nonlinear phase shift，NPS)情况下具有四阶阶梯相位响应，实现对QPSK信号进行再生的功能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于高非线性光纤的多泵浦相位敏感放大器生成方法，其步骤如下：

步骤一：有N个光波在四波混频过程中相互作用，包括泵浦光、信号光以及产生的四波混频边带，忽略一些特殊结构的相位敏感放大器，得到以下N个耦合差分方程：