随着人们对通信速率和通信容量需求的不断增长,光纤通信技术得到了长足的发展,密集波分复用技术得到了广泛的应用。作为光纤通信系统中重要组成部分的光放大器也需要新技术的出现和发展。目前技术比较成熟的EDFA已经逐渐达到其性能的上限,不能满足大容量、宽带、超长距离传输系统的要求。光纤拉曼放大器具有优越的低噪声性能和宽带增益,可以解决光网络的传输损耗问题,提高光网络的传输容量,并且有助于更加充分合理的利用带宽资源,因而成为目前光通信中的一个研究热点。 本文首先简要概述了光纤通信和光放大器的发展现状,比较了半导体光放大器、稀土掺杂光纤放大器和非线性光纤放大器的特点及应用,介绍了光纤拉曼放大器的发展历史和应用前景。然后研究了拉曼放大器的基本原理、结构、泵浦特性和噪声特性以及对系统性能的改善。 本文的主要工作是研究多泵浦光纤拉曼放大器的数学模型、数值算法、增益特性及优化设计等问题。 多泵浦、多信道的拉曼放大器仿真模型是比较复杂的,由包含多泵浦、多信道、放大器自发辐射、后向瑞利散射传输演化以及相互作用的拉曼功率耦合方程来描述。本文在考虑了泵浦光到信号光之间、泵浦光之间、信号光之间的拉曼增益过程的前提下,对已有的数学模型进行了简化,并验证了其合理性。 拉曼功率耦合方程是一个两点多边值的常微分方程组,采用传统积分法求解需要耗费大量的计算时间,为此,人们提出了多种实用的算法。本文对其中的平均功率法、多步法和PCM法进行了分析和比较。这三种方法相对直接积分法计算速度有了很大的提高,但是它们均采用固定步长,计算效率不高。我们期望一种较理想的方法,使步长跟随功率变化。本文基于龙格—库塔—芬尔格(RKF45)公式,提出了一种新的自适应步长算法。这种算法根据每步迭代的局部截断误差与精度要求自动调整步长,在相同条件下提高了计算速度和准确度,适于求解拉曼放大器耦合方程的两点多边值问题。 本文将自适应步长算法与平均功率法、多步法和PCM三种方法进行了比较。结果表明,与原有算法相比,自适应步长算法能在较小的误差下以最少