基于粒子群優化算法的級聯喇曼光纖放大器

鞏稼民，徐雨田，何佳蔓，田 寧，張玉蓉，尤小磊，毛俊杰

(西安郵電大學 通信與信息工程學院，西安 710121)

引 言

隨著5G技術的廣泛應用和光纖通信網絡逐漸發展，“三超”系統這個主題作為下一代通信網絡的追求目標[1]，這意味著對通信網絡中的系統容量與傳輸速率提出了更高的要求。喇曼光纖放大器(Raman fiber amplifier，RFA)作為光纖通信網絡中的重要器件，由于其具有高增益、響應速度快、低噪聲和寬帶寬等優良特性，在光纖通信領域中受到廣泛關注。

目前，為了提高喇曼光纖放大器的性能，主要采用的結構有以下3種：(1)多波長抽運共同放大信號光[2];(2)通過兩段光纖級聯，達到增益補償;(3)摻雜光纖放大器與喇曼光纖放大器組成混合光纖放大器[3]。2006年，YAN等人使用7個后向抽運與遺傳算法結合實現了開關增益僅為15.55dB、增益平坦度為0.87dB的喇曼放大[4]。2012年，ZHOU等人利用兩段鉍基摻鉺光纖級聯的結構方式實現了增益寬帶為90nm、平均增益為35.7dB，但增益平坦度大于2dB的寬帶光纖放大器[5]。2017年，JIANG等人采用多波長抽運組合的方式，使用4個抽運光達到了增益為24.48dB、增益平坦度小于0.1dB,但其傳輸帶寬僅為25.6nm[6]。可見上述光纖放大器都無法同時在帶寬、增益和平坦度3個方面達到較為理想的性能水平。因此需要繼續對光纖放大器的性能參量優化提升，才能使其達到“三超”系統對于放大器的性能要求。

由于光纖傳輸中存在光纖損耗，光信號無法在長距離無中繼的系統中傳輸[7]。因此使用粒子群優化算法(particle swarm optimization，PSO)對級聯喇曼光纖放大器的各抽運光波長與功率進行優化來達到高增益的同時具有好的增益平坦度[8-9]。……