[发明专利]低噪声指数掺铒光纤放大器设计优化方法

权利要求书

1.一种低噪声指数掺铒光纤放大器设计优化方法，其特征在于，通过设计特定的中间级损耗随波长的变化趋势，VGEDFA在保持增益谱不变或基本不变的条件下，获得更优的噪声指数NF；

除特别说明，均为对数单位的公式；对于二级放大器VGEDFA，

波长λ对应的内部增益为：

G'(λ)＝G₁(λ)+G₂(λ) (1)

G₁(λ)为波长λ对应的第一级放大器增益，G₂(λ)为波长λ对应的第二级放大器增益；

波长λ对应的外部增益为：

IL(λ)表示波长λ对应的中间级损耗；

外部平均增益G为：

其中，G和G’分别表示外部平均增益、内部平均增益，G₁表示第一级放大器平均增益，G₂表示第二级放大器的平均增益，IL表示中间级平均损耗；

多波长放大时，引入GR及GT，其中GR表示增益波动，GT表示增益斜率；数学公式如下：

G_line是增益和波长的线性拟合函数，k和c分别是公式(4)的斜率和截距；λ_i表示第i个波长；起始波长为λ₀，终止波长为λ_n；GT，GR单位均为dB；

对于一VGEDFA来说，GT和G’成线性关系，

其中k2和c2分别为公式(403)中斜率及截距，通过校准可得到；k2为负值；

由公式(403)得知，VGEDFA中若G保持不变，GT和IL成线性关系；反之IL保持不变，GT和G成线性关系；

VGEDFA中，若波长λ_i对应的内部增益G’(λ_i)保持不变，IL发生变化时，当：

1)ΔIL(λ_i)＝ΔIL，即IL变化量和波长无关，任何一个波长对应的中间级损耗变化量相同，由公式(2)可知，此时G(λ_i)是整体变化的，和波长无关，即增益谱形状不发生变化，GR、GT均保持不变；ΔIL(λ_i)表示波长λ_i对应的中间级损耗变化量，ΔIL表示中间级平均损耗变化量；

2)ΔIL(λ_i)≠ΔIL，即IL变化量和波长相关，不同波长对应的中间级损耗变化量不一致，对ΔIL(λ_i)和λ_i进行线性拟合得到线性函数ΔIL_line(λ_i)，计算出ΔIL对应的ΔTilt，用公式(401)表示；由公式(2)可知，该情况下增益谱形状发生了变化：GR、GT不再保持不变；

IL_bg表示中间级本底损耗，IL_bg(λ_i)表示波长λ_i对应的中间级本底损耗；IL(λ_i)表示波长λ_i对应的中间级损耗；k3，c3为公式(401)的斜率和截距；由于λ_n≥λ₀，故ΔTilt和k3具有相同的正负性；

设ΔTilt为ΔIL的函数，用公式(405)表示：

ΔTilt＝f(ΔIL_line)＝f(IL-IL_bg) (405)

引入ΔTilt后，GT和GT_base的关系如下：

IL_bg＝G_max-G'_base (404)

G_max表示最大增益值，G’_base表示基准内部增益；GT_base定义为基准增益斜率，即IL_bg、G_max、G’_base所对应的增益斜率；

由公式(403)得知，G保持不变，IL的变化导致GT变化，设变化量为ΔGT₂：

IL_base表示G、G’_base对应的基准中间级平均损耗，即IL_base＝G-G’_base；公式(402)表明，ΔTilt的引入会导致GR、GT变化，其中GT的变化量为ΔGT₁；公式(5)表示IL的变化会导致相同增益下GT变化，其变化量为ΔGT₂；由GT＝GT_base+ΔGT₁+ΔGT₂得知，若要保持GT不变，只要满足公式(501)即可；

G为某个恒定值时，通过调整G’或IL来补偿由ΔTilt造成的影响，当GT变化量满足公式(501)时，GT保持不变；

ΔGT₁+ΔGT₂＝0 (501)

进一步化简得到：

通过公式(502)得知，IL(λ)的变化趋势能够设计为特定值，由于K2为负值：

1)当ΔTilt<0时，IL大于IL_base；

2)当ΔTilt>0时，IL小于IL_base；

对于二级放大器，其噪声指数NF公式：

NF₁表示第一级放大器噪声指数，NF₂表示第二级放大器噪声指数，公式(701)中采用线性单位；

对数单位转换为线性单位时，其数值恒大于0；当IL>IL_base时，由公式(701)得知NF(IL)<NF(IL_base)，即当ΔTilt<0时，在G及GT保持不变的情况，由于IL值增加，NF会得到优化；反之，当IL<IL_base时，NF会劣化。

2.如权利要求1所述的低噪声指数掺铒光纤放大器设计优化方法，其特征在于，

k2为负值，波长范围为1529～1562nm时，k2为-0.7～-0.9。