分布式光纤拉曼放大器偏振吸引效应研究

Distributed fiber Raman amplifiers are promising technology for next generation long haul transmission systems and high power narrow line-width amplifiers technology for sensor applications. In distributed fiber Raman amplifiers, the polarization attraction effect can be used to control or regenerate the state of polarization of signals in the optical links. Besides that, in high power regime, the polarization attraction effect will reduce the degree of polarization (DOP) of output optical signals; thus limits the further applications of high power Raman amplifier. Therefore, the polarization attraction effect recent attracted many research interests[11-20]. Despite that, to the best of our knowledge, there is no existing theory discribes the polarization attraction effect when considers real cases with bi-direction Raman pump scheme, orthogonal Raman pump pair, or fiber Raman amplifiers operating in highly depletion regime. .We thus propose to study on three key issues on theory and applications of the polarization attraction effect in the distributed fiber Raman amplifiers. 1) Investigate the operation principles of the combine effect of the polarization attraction and polarization pulling in bi-direction pumped pure fiber Raman amplifier; build a general model to discribe the polarization attraction effect in distributed Raman amplifiers using different fibers. 2) Study on the theory of the polarization attraction effect caused output signal depolarization in the high power Raman amplifier; investigate polarization control methods by cascading multiple fibers in a single-stage Raman amplifier. 3) Study on the mechanism and suppression methods for the nonlinear dynamic impairment caused by the sudden power mismatch of the orthogonal Raman pump pair; investigate simultaneous inline polarization control scheme for the signals on multiple WDM channels using the polarization attraction effect.

分布式拉曼光纤放大器是下一代光网络传输系统和传感用大功率任意波长放大器的共性关键技术。分布式拉曼光纤放大器中的偏振吸引效应，不仅可用于实现对光传输信号偏振态的控制与恢复，还是导致大功率拉曼放大器中输出信号光失偏现象的主要原因之一，因此具有极大的研究价值。但目前该研究尚在起步阶段，现有理论与具体实际问题脱节。本项目在前期工作基础上，围绕偏振吸引效应在基础理论及实际应用中的关键问题展开创新性研究，实现下列研究目标：①完成对双向纯拉曼分布式放大方案中偏振吸引叠加效应机理的理论研究，建立适用于多种参数条件下拉曼放大器中偏振吸引效应通用理论；②完成对大功率拉曼放大器中的信号光失偏机理理论与实验研究，建立相应偏振态控制理论，为该放大器的研发及应用奠定坚实基础；③完成对正交拉曼泵浦功率失配条件下偏振吸引效应导致传输信号损伤的理论分析并提出抑制方案，并利用偏振吸引效应对多路信号光实施同时线上偏振态控制。

分布式拉曼光纤放大器是下一代光网络传输系统和传感用大功率任意波长放大器的共性关键技术。以分布式拉曼光纤放大器为代表的非线性光纤放大器中普遍存在的偏振吸引效应。该效应不仅可用于实现对光纤中传输信号偏振态的控制与恢复，还是导致大功率非线性光纤放大器中输出信号光失偏现象的主要原因之一，因此具有极大的研究价值。但目前尚未开展对双向泵浦非线性光纤放大器中的偏振吸引效应的研究。此外，现有光纤参量放大器中偏振吸引效应理论与实际问题脱节等问题。.本项目围绕在理论及实际应用中的关键问题展开创新性研究，实现下列重要研究结果：.1）完成对双向拉曼辅助光纤参量放大器中偏振吸引叠加效应机理的理论研究。这也是首次对双向泵浦非线性光纤放大器中的偏振吸引效应的研究，对其他混合型非线性光纤放大器的相关研究奠定了基础。由于双向泵浦间复杂的相互偏振拉扯行为，我们发现随着前向参量泵浦改变，放大器输出平均偏振度与平均增益关系有着十分复杂的变化。大致可分成四个工作区域：拉曼放大区、拉曼辅助参量放大区、深度饱和区和参量放大区，研究成果在Optic Express期刊审稿阶段。.2）首次提出描述光纤参量放大器中偏振吸引效应的相位匹配模型，并发表在Optic Express上。该模型考虑了光纤色散、随机双折射、非线性效应对参量放大器相位匹配的影响。该模型提供了目前最准确的预测参量放大器偏振吸引效应的理论工具，并指出其参量放大器输出平均偏振度与平均增益之间符合归一指数关系且Γ = 6.2。该相位匹配模型的提出不仅实现参量放大器中全光偏振控制提供了理论依据，还为相位敏感参量放大器的研究开辟了一个崭新的理论视角。.3) 建立适用于多种参数条件下拉曼放大器中偏振吸引效应通用理论；完成对双向纯拉曼分布式放大方案中偏振吸引叠加效应机理的理论建模工作。.4) 提出非线性光纤放大器平均偏振度与平均增益所符合的归一指数关系中的Γ特征参数能表征其对多信道信号的偏振态控制能力，该成果申请2项国家发明专利。该思想和方法为实现非线性光纤放大器中的多信道信号全光偏振态控制奠定了坚实基础。.5）作为后续光纤-波导混合拉曼放大器与激光器的先导研究，对硅波导中拉曼放大器与激光器开展研究并取得了一定成果。.本项目实施过程中，发表论文6篇，其中SCI二区论文1篇，EI 4篇；另有1篇SCI二区论文在审稿阶段；申请2项国家发明专利；培养研究生10名。