本發(fā)明屬于光放大器或激光器領(lǐng)域，特別涉及一種基于無序的多通道局域光放大器及補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

《自然》雜志2004年發(fā)表了一篇論文，提出“無序是一種新的有序”，“無序器件可能具有比傳統(tǒng)有序器件更好的性能”，參見參考文獻(xiàn)[1]。在無序介質(zhì)中，波被局域在介質(zhì)內(nèi)部—即Anderson局域效應(yīng)，參見參考文獻(xiàn)[2]。

波在一維無序介質(zhì)中的局域表現(xiàn)為一系列隨機(jī)分布的具有較高透過率和較高強(qiáng)度分布的共振透過波長(zhǎng)，參見參考文獻(xiàn)[3]。這些共振透過波長(zhǎng)可以用于控制激光輸出光譜和降低激光工作閾值，文獻(xiàn)報(bào)道的一維無序介質(zhì)包括厚度隨機(jī)分布的分層介質(zhì)(參見參考文獻(xiàn)[4][5])和光纖Bragg光柵陣列(參見參考文獻(xiàn)[6][7])。但是，上述文獻(xiàn)報(bào)道的局域現(xiàn)象具有一個(gè)明顯的不足：一維介質(zhì)中引入的無序以及導(dǎo)致的局域都是隨機(jī)的，這意味著無序引入的共振透過峰在光譜上隨機(jī)分布，且具有隨機(jī)漲落的透過率。

但是，上述無序介質(zhì)作為光放大器的特點(diǎn)是通道位置隨機(jī)、通道放大倍數(shù)對(duì)于具體工作條件及其敏感。特別地，泵浦功率(對(duì)應(yīng)具體增益)的變化可導(dǎo)致放大倍數(shù)的無規(guī)則變化，所以無序補(bǔ)償對(duì)于基于無序介質(zhì)的光放大器的穩(wěn)定工作是必不可少的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于無序的多通道局域光放大器及其補(bǔ)償方法，其目的在于，實(shí)現(xiàn)局域光放大器工作條件變化情況下多個(gè)通道的穩(wěn)定放大，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)通道的實(shí)時(shí)獨(dú)立控制。一種基于無序的多通道局域光放大器，以增益反射器-腔結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，調(diào)整增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的無序因子以改變通道強(qiáng)度因子和分離因子，從而確定反射器的反射系數(shù)和/或腔的光學(xué)厚度和/或反射器及腔的增益，獲得放大通道位置及放大倍數(shù)穩(wěn)定且可實(shí)時(shí)獨(dú)立可調(diào)的局域光放大器；

對(duì)增益進(jìn)行改變是進(jìn)行實(shí)時(shí)無序補(bǔ)償是局域光放大器穩(wěn)定放大的關(guān)鍵；

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)包括N+1個(gè)反射器(R₁,R₂,…,R_N+1)和N個(gè)腔(C₁,C₂,…,C_N)，增益存在任意地N+1個(gè)反射器(R₁,R₂,…,R_N+1)和/或N個(gè)腔(C₁,C₂,…,C_N)上；

其中，所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的無序因子包括反射器的無序因子(α₁,α₂,…,α_N+1)、腔的無序因子(β₁,β₂,…,β_N)和反射器及腔的增益無序因子(A₁,A₂,…,A_2N+1)：

和(r₁,r₂,…,r_N+1)分別為增益反射器-腔結(jié)構(gòu)中各反射器從左至右的有序和無序反射系數(shù)，和(l₁,l₂,…,l_N)分別為增益反射器-腔結(jié)構(gòu)中各腔從左至右的有序和無序光學(xué)厚度，(g₁,g₂,…,g_2N+1)和分別為增益反射器-腔結(jié)構(gòu)中各反射器及腔從左至右的有序和無序增益。

反射器的無序因子指的是反射器的反射系數(shù)，腔的無序因子指的是腔的光學(xué)厚度，反射器及腔的增益無序因子指的是施加到反射器及腔的增益(或泵浦功率)。

局域光放大器通道波長(zhǎng)的透過放大倍數(shù)對(duì)于分離因子的變化及其敏感，且與強(qiáng)度因子呈正相關(guān)關(guān)系；其左/右反射放大倍數(shù)隨透過放大倍數(shù)變化。

具體來說，局域光放大器通道波長(zhǎng)的放大倍數(shù)的分離因子小于10^-3，強(qiáng)度因子大于50；局域光放大器通道外波長(zhǎng)的分離因子大于10^-2且強(qiáng)度因子小于20，同時(shí)；

其中，λ₀為設(shè)計(jì)中心波長(zhǎng)；對(duì)于局域光放大器的任一通道波長(zhǎng)或通道外波長(zhǎng)λ_j，f_dev(λ_j)為分離因子，f_int(λ_j)為強(qiáng)度因子；

(S₁,S₂,…,S_2N+2)為局域光放大器中從左至右的各反射器面；

為光左入射和右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面的強(qiáng)度分離度，I_L(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)和分別為光從左入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面的強(qiáng)度和歸一化強(qiáng)度，I_R(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)和分別為光從右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面的強(qiáng)度和歸一化強(qiáng)度；

是指光左入射和右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面的強(qiáng)度分離度的和；

max[I_L(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)]是指光從左入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面強(qiáng)度中的最大強(qiáng)度；

max[I_R(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)]是指光從右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面中的最大強(qiáng)度；

max[I_L(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)+I_R(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)]是指光從左入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面強(qiáng)度加上光從右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面強(qiáng)度中的最大強(qiáng)度；

所述反射器-腔結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和透過率采用耦合模方程或傳輸矩陣計(jì)算獲得。

分離因子決定光是否放大，而強(qiáng)度因子決定光放大倍數(shù)；

所述局域光放大器通道波長(zhǎng)的分離因子小于10^-3，強(qiáng)度因子大于50，是指局域光放大器所有通道波長(zhǎng)的分離因子都小于10^-3，強(qiáng)度因子都大于50；

所述局域光放大器通道外波長(zhǎng)的分離因子大于10^-2，強(qiáng)度因子小于20，是指局域光放大器所有通道外波長(zhǎng)的分離因子都大于10^-2，強(qiáng)度因子都小于20。

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)至少包括增益分層介質(zhì)或增益光纖Bragg光柵陣列；

所述增益分層介質(zhì)結(jié)構(gòu)是指介質(zhì)界面為反射器，介質(zhì)層為腔，增益施加于介質(zhì)層；

所述增益光纖Bragg光柵陣列是指光纖Bragg光柵為反射器，光纖段為腔，增益施加于光纖Bragg光柵或光纖段。

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的局域光放大器包含透射放大、左反射放大和右反射放大3種工作模式；其中透射放大和左反射放大對(duì)應(yīng)光從左側(cè)入射，透射放大和右反射放大對(duì)應(yīng)光從右側(cè)入射；

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的局域光放大器的增益是指泵浦對(duì)光的放大減去材料對(duì)光的吸收的靜增益。

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的局域光放大器的放大倍數(shù)與對(duì)增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的增益或泵浦功率不存在簡(jiǎn)單的正相關(guān)關(guān)系，在工作過程中改變泵浦功率或增益會(huì)導(dǎo)致放大倍數(shù)的無規(guī)則變化；

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的局域光放大器的無序補(bǔ)償包括反射器無序補(bǔ)償、腔無序補(bǔ)償和增益無序補(bǔ)償，其中反射器無序補(bǔ)償和腔無序補(bǔ)償通過對(duì)增益反射器-腔結(jié)構(gòu)施加外部作用實(shí)現(xiàn)，增益無序補(bǔ)償通過改變對(duì)增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的泵浦條件來實(shí)現(xiàn)。

所述外部作用包括拉力、壓力、溫度等，即通過改變反射器-腔結(jié)構(gòu)受到的外力或外部環(huán)境影響，從而改變反射器無序補(bǔ)償和腔無序補(bǔ)償。

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的局域光放大器的無序設(shè)計(jì)和無序補(bǔ)償所用原理和方法一致，無序補(bǔ)償是為了保證局域光放大器在不同工作條件下的穩(wěn)定放大或者對(duì)放大性能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制而進(jìn)行的實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)。

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的局域光放大器可采用各種吸收率材料制成，需滿足的條件是總增益大于0，即泵浦對(duì)光的總體放大大于材料對(duì)光的總體吸收。

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的局域光放大器可采用各種吸收率材料制成，需滿足的條件是總增益大于0，即泵浦對(duì)光的總體放大大于材料對(duì)光的總體吸收。

一種基于無序的多通道局域光放大器的補(bǔ)償方法，對(duì)基于無序的多通道局域光放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)無序補(bǔ)償，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：獲取增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的無序因子；

所述無序因子包括反射器的反射系數(shù)、腔的光學(xué)厚度的無序因子和反射器及腔的增益無序因子；

步驟2：在當(dāng)前無序因子設(shè)置下，計(jì)算局域光放大器中所有通道波長(zhǎng)和通道外波長(zhǎng)λ_j的分離因子f_dev(λ_j)和強(qiáng)度因子f_int(λ_j)；

(S₁,S₂,…,S_2N+2)為局域光放大器中從左至右的各反射器面；

為光左入射和右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面的強(qiáng)度分離度，I_L(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)和分別為光從左入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面的強(qiáng)度和歸一化強(qiáng)度，I_R(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)和分別為光從右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面的強(qiáng)度和歸一化強(qiáng)度；

是指光左入射和右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面的強(qiáng)度分離度的和；

max[I_L(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)]是指光從左入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面強(qiáng)度中的最大強(qiáng)度；

max[I_R(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)]是指光從右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面中的最大強(qiáng)度；

max[I_L(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)+I_R(S₁,S₂,…S_2N+2；λ_j)]是指光從左入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面強(qiáng)度加上光從右入射到反射器-腔結(jié)構(gòu)時(shí)各個(gè)面強(qiáng)度中的最大強(qiáng)度；

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度采用耦合模方程或傳輸矩陣計(jì)算獲得；

步驟3：在當(dāng)前無序因子設(shè)置下，判斷是否滿足如下判據(jù)1所設(shè)條件，若滿足任一判據(jù)，則當(dāng)前無序因子設(shè)置即為所需的無序因子設(shè)置，調(diào)整優(yōu)化過程結(jié)束，若不滿足，繼續(xù)步驟4：

判據(jù)1：以通道分離因子和強(qiáng)度因子作為判斷指標(biāo)，所有通道對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的分離因子都小于10^-3和強(qiáng)度因子都大于50，同時(shí)所有通道外波長(zhǎng)的分離因子都大于10^-2和強(qiáng)度因子都小于20；

步驟4：調(diào)整增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的無序因子；

步驟5：在調(diào)整后的無序因子設(shè)置下，計(jì)算局域光放大器中所有通道波長(zhǎng)和通道外波長(zhǎng)λ_j的透過率T(λ_j)、左反射放大倍數(shù)R_L(λ_j)、右反射放大倍數(shù)R_R(λ_j)、分離因子f_dev(λ_j)和強(qiáng)度因子f_int(λ_j)；

步驟6：判斷相對(duì)于調(diào)整前的無序因子設(shè)置具有的判據(jù)1或判據(jù)2，調(diào)整后的無序因子是否滿足判據(jù)2，若滿足，則將調(diào)整后的無序因子設(shè)置作為下一次無序因子調(diào)整的基礎(chǔ)，返回步驟3；若不滿足，則將調(diào)整前的無序因子設(shè)置作為下一次無序因子調(diào)整的基礎(chǔ)，返回步驟4：

判據(jù)2：所有通道波長(zhǎng)的分離因子都較調(diào)整前更小和強(qiáng)度因子都較調(diào)整前更大，同時(shí)所有通道外波長(zhǎng)的分離因子都較調(diào)整前更大和強(qiáng)度因子都較調(diào)整前更?。?/p>

其中，特定通道的目標(biāo)強(qiáng)度因子由其通道的具體放大要求決定。

有益效果

本發(fā)明提供了一種基于無序的多通道局域光放大器及其方法，該局域光放大器以無序的增益反射器-腔結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，利用無序引發(fā)的Anderson局域效應(yīng)，通過大量的研究，基于客觀存在的Anderson局域效應(yīng)中創(chuàng)造性提出了局域光放大器的設(shè)計(jì)指標(biāo)-分離因子和強(qiáng)度因子，這與現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)計(jì)思路截然不同；本發(fā)明提出的無序調(diào)整是對(duì)增益反射器-腔結(jié)構(gòu)中的每個(gè)單元同時(shí)進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)，并以分離因子和強(qiáng)度因子作為調(diào)節(jié)效果的判據(jù)。局域光放大器僅對(duì)處于局域態(tài)的通道波長(zhǎng)進(jìn)行有效放大，具有良好的波長(zhǎng)選擇性，且小的增益可以實(shí)現(xiàn)很大的放大倍數(shù)。

局域光放大器的放大倍數(shù)由分離因子和強(qiáng)度因子決定，與增益并無簡(jiǎn)單的正相關(guān)關(guān)系；改變?cè)鲆婵蓪?dǎo)致分離因子和強(qiáng)度因子的無規(guī)則變化，進(jìn)而導(dǎo)致放大倍數(shù)的無規(guī)則變化，因此對(duì)增益進(jìn)行改變是進(jìn)行無序補(bǔ)償是局域光放大器穩(wěn)定放大的關(guān)鍵。

局域光放大器與傳統(tǒng)光放大器的主要區(qū)別在于其放大倍數(shù)與增益或泵浦功率不存在正相關(guān)關(guān)系，在工作過程中改變?cè)鲆婊虮闷止β蕰?huì)導(dǎo)致放大倍數(shù)的無規(guī)則變化，本發(fā)明正是發(fā)現(xiàn)了這一規(guī)律，所以提出了需要對(duì)改變?cè)鲆婊虮闷止β仕斐傻挠绊戇M(jìn)行無序補(bǔ)償。所謂無序補(bǔ)償即實(shí)時(shí)的無序設(shè)計(jì)。局域光放大器具有3種工作模式：透過放大模式、左反射放大模式和右反射放大模式。局域光放大器僅對(duì)處于局域態(tài)的通道波長(zhǎng)進(jìn)行有效放大，具有良好的波長(zhǎng)選擇性，且小的增益可以實(shí)現(xiàn)很大的放大倍數(shù)。反射器‐腔結(jié)構(gòu)可以對(duì)應(yīng)多種物理實(shí)現(xiàn)，可以良好滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

該局域光放大器的設(shè)計(jì)通過調(diào)整增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的無序，并以分離因子和強(qiáng)度因子作為無序調(diào)節(jié)效果的判據(jù)；通過對(duì)增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的無序的多次調(diào)整優(yōu)化過程，最終使得所有通道波長(zhǎng)和通道外波長(zhǎng)都達(dá)到預(yù)先設(shè)定的分離因子和強(qiáng)度因子，放大性能上體現(xiàn)為通道波長(zhǎng)處大于5的透過放大倍數(shù)和通道外波長(zhǎng)外小于2的透過放大倍數(shù)。所采用增益反射器-腔結(jié)構(gòu)可以對(duì)應(yīng)多種物理實(shí)現(xiàn)，包括基于增益分層介質(zhì)實(shí)現(xiàn)以及基于增益光纖Bragg光柵陣列實(shí)現(xiàn)?；谠鲆娣謱咏橘|(zhì)的局域光放大器可以實(shí)現(xiàn)寬光譜范圍內(nèi)(百nm級(jí))的一個(gè)或多個(gè)光放大通道，任一通道寬度為nm級(jí)，基于增益光纖Bragg光柵陣列的局域光放大器可以實(shí)現(xiàn)窄光譜范圍內(nèi)(nm級(jí))的一個(gè)或多個(gè)光放大通道，任一通道寬度為pm級(jí)，可以良好滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

本發(fā)明提出的局域光放大器在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定的情況通過調(diào)節(jié)無序因子即可實(shí)現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)通道的獨(dú)立調(diào)節(jié)。本發(fā)明提出的局域光放大器的設(shè)計(jì)自由度包括通道數(shù)量、通道位置以及通道寬度，可滿足不同領(lǐng)域的相關(guān)需求；通過對(duì)腔無序、反射器無序或增益無序的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)局域光放大器在不同工作條件下的穩(wěn)定放大，也可以實(shí)現(xiàn)局域光放大器的多個(gè)通道的獨(dú)立實(shí)時(shí)可調(diào)。

附圖說明

圖1為無序的增益反射器-腔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)例1中增益反射器-腔結(jié)構(gòu)采用增益分層介質(zhì)的示意圖；

圖3為實(shí)例2中增益反射器-腔結(jié)構(gòu)采用增益光纖Bragg光柵陣列的示意圖；

圖4為基于增益分層介質(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的腔無序因子示意圖；

圖5為基于增益分層介質(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大倍數(shù)示意圖；

圖6為基于增益分層介質(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的左反射放大倍數(shù)示意圖；

圖7為基于增益分層介質(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的右反射放大倍數(shù)示意圖；

圖8為基于增益分層介質(zhì)的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的介質(zhì)層折射率示意圖；

圖9為基于增益分層介質(zhì)的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大倍數(shù)示意圖；

圖10為基于增益分層介質(zhì)的增益無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的增益無序因子示意圖；

圖11為基于增益分層介質(zhì)的增益無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大倍數(shù)示意圖；

圖12為基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的腔無序因子示意圖；

圖13為基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大倍數(shù)示意圖；

圖14為基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的左反射放大倍數(shù)示意圖；

圖15為基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的右反射放大倍數(shù)示意圖；

圖16為基于增益光纖Bragg光柵陣列的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的反射器無序因子示意圖；

圖17為基于增益光纖Bragg光柵陣列的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大倍數(shù)示意圖；

圖18為基于增益光纖Bragg光柵陣列的增益無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的增益無序因子示意圖；

圖19為基于增益光纖Bragg光柵陣列的增益無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大倍數(shù)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

一種基于無序的多通道局域光放大器，以增益反射器-腔結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，調(diào)整增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的無序因子以改變通道強(qiáng)度因子和分離因子，從而確定反射器的反射系數(shù)和/或腔的光學(xué)厚度和/或反射器-腔結(jié)構(gòu)的增益，獲得放大通道位置及放大倍數(shù)穩(wěn)定且可實(shí)時(shí)獨(dú)立可調(diào)的局域光放大器；

一旦無序因子確定，增益反射器-腔結(jié)構(gòu)中的反射器的反射系數(shù)、腔的光學(xué)厚度、反射器及腔的增益也相應(yīng)確定；

所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)包括N+1個(gè)反射器(R₁,R₂,…,R_N+1)和N個(gè)腔(C₁,C₂,…,C_N)，所有N+1個(gè)反射器(R₁,R₂,…,R_N+1)和N個(gè)腔(C₁,C₂,…,C_N)上都可以有增益，如圖1所示；

其中，所述增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的無序因子包括反射器的無序因子(α₁,α₂,…,α_N+1)、腔的無序因子(β₁,β₂,…,β_N)和反射器及腔的增益無序因子(A₁,A₂,…,A_2N+1)：

和(r₁,r₂,…,r_N+1)分別為增益反射器-腔結(jié)構(gòu)中各反射器從左至右的有序和無序反射系數(shù)，和(l₁,l₂,…,l_N)分別為增益反射器-腔結(jié)構(gòu)中各腔從左至右的有序和無序光學(xué)厚度，(g₁,g₂,…,g_2N+1)和分別為增益反射器-腔結(jié)構(gòu)中各反射器及腔從左至右的有序和無序增益。

信號(hào)光可以從左側(cè)進(jìn)入增益反射器-腔結(jié)構(gòu)，然后從右側(cè)透過或從左側(cè)反射，右側(cè)透過信號(hào)光功率與左入射信號(hào)光功率的比值稱為右透過放大倍數(shù)，左側(cè)反射信號(hào)光功率與左入射信號(hào)光功率的比值稱為左反射放大倍數(shù)；信號(hào)光也可以從右側(cè)進(jìn)入增益反射器-腔結(jié)構(gòu)，然后從左側(cè)透過或從右側(cè)反射，左側(cè)透過信號(hào)光功率與右入射信號(hào)光功率的比值稱為左透過放大倍數(shù)，右側(cè)反射信號(hào)光功率與右入射信號(hào)光功率的比值稱為右反射放大倍數(shù)。同一個(gè)增益反射器-腔結(jié)構(gòu)的右透過放大倍數(shù)和左透過放大倍數(shù)相同，統(tǒng)稱為透過放大倍數(shù)，而其左反射放大倍數(shù)和右反射放大倍數(shù)則一般不同。

增益反射器-腔結(jié)構(gòu)至少包括增益分層介質(zhì)或增益光纖Bragg光柵陣列兩種物理實(shí)現(xiàn)形式，增益分層介質(zhì)(如圖2所示)和增益光纖Bragg光柵陣列(如圖3所示)。光入射到增益分層介質(zhì)或增益光纖Bragg光柵陣列時(shí)，設(shè)定單色入射強(qiáng)度為1。

對(duì)于分層介質(zhì)，介質(zhì)界面作為反射器而介質(zhì)層作為腔；對(duì)于光纖Bragg光柵陣列，光纖Bragg光柵作為反射器，光纖段作為腔。

對(duì)于分層介質(zhì)，介質(zhì)界面作為反射器，反射器R_i的反射系數(shù)為r_i＝(n_i-1-n_i)/(n_i-1+n_i)，其中n_i-1為處于第i-1層介質(zhì)的折射率，n_i為第i層介質(zhì)的折射率；介質(zhì)層作為腔，腔C_i的光學(xué)厚度為l_i＝n_id_i，其中d_i為厚度。反射器的無序因子改變對(duì)應(yīng)于介質(zhì)折射率的改變，腔的無序因子改變對(duì)應(yīng)于介質(zhì)層的光學(xué)厚度的改變，增益無序因子的改變對(duì)應(yīng)于泵浦條件的改變。

用于局域光放大器設(shè)計(jì)的增益分層介質(zhì)(無序因子均為1時(shí))：由50層折射率為2.1或1.4的交替介質(zhì)層組成，介質(zhì)界面的增益都設(shè)為0(因介質(zhì)界面沒有物理厚度)，介質(zhì)層的增益都設(shè)為10^-6/nm，環(huán)境介質(zhì)設(shè)定為的空氣(折射率為1)，設(shè)計(jì)中心波長(zhǎng)為λ₀＝1550nm，每個(gè)介質(zhì)層的光學(xué)厚度均為λ₀/4?；谠鲆娣謱咏橘|(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器提供了5個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。圖4為基于增益分層介質(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的無序因子，圖5基于增益分層介質(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大通道及倍數(shù)，圖6基于增益分層介質(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的左反射放大通道及倍數(shù)，圖7基于增益分層介質(zhì)的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的右反射放大通道及倍數(shù)。

設(shè)計(jì)1-5的設(shè)定工作光譜范圍為1400-1700nm。設(shè)計(jì)1為腔無序結(jié)構(gòu)，其反射器有序和增益有序。設(shè)計(jì)2-5通過腔無序補(bǔ)償進(jìn)一步改變了設(shè)計(jì)1具有的腔無序。

設(shè)計(jì)1具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1500nm和1600nm，其放大倍數(shù)為73.6和75.3；設(shè)計(jì)1具有2個(gè)與其透過放大通道位置一致的左反射放大通道，其放大倍數(shù)為95.6和34.8，以及2個(gè)與其透過放大通道位置一致的右反射放大通道，其放大倍數(shù)為33.9和98.2；

設(shè)計(jì)2具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1500nm，其放大倍數(shù)為140.9；設(shè)計(jì)2具有1個(gè)與其透過放大通道位置一致的左反射放大通道，其放大倍數(shù)為187.4，以及1個(gè)與其透過放大通道位置一致的右反射放大通道，其放大倍數(shù)為73.7；

設(shè)計(jì)3具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1600nm，其放大倍數(shù)為170.1；設(shè)計(jì)3具有1個(gè)與其透過放大通道位置一致的左反射通道，其放大倍數(shù)為84.8，以及1個(gè)與其透過放大通道位置一致的右反射放大通道，其放大倍數(shù)為245.1；

設(shè)計(jì)4具有0個(gè)透過放大通道，0個(gè)左反射放大通道和0個(gè)右反射放大通道；

設(shè)計(jì)5具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1500nm和1615nm，其放大倍數(shù)為166.0和107.5；設(shè)計(jì)5具有2個(gè)與其透過放大通道位置一致的左反射通道，其放大倍數(shù)為447.3和70.6，以及2個(gè)與其透過放大通道位置一致的右反射放大通道，其放大倍數(shù)為69.7和109.3；

通過腔無序補(bǔ)償，從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)2，放大通道1位置不變而放大通道2被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)3，放大通道1被關(guān)閉而放大通道2位置不變被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)4，放大通道1和放大通道2都被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)5，放大通道1位置不變而放大通道2位置從1600nm移動(dòng)到1615nm。

由設(shè)計(jì)1-5可知，當(dāng)增益分層介質(zhì)作為局域光放大器時(shí)，總有與其透過通道位置一致的左反射放大通道和右反射放大通道。下面在反射器無序補(bǔ)償和增益無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器時(shí)時(shí)，只討論透射放大通道。

基于增益分層介質(zhì)的反射器無序補(bǔ)償提供了5個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。圖8為基于增益分層介質(zhì)的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的無序因子，圖9為基于增益分層介質(zhì)的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大通道及倍數(shù)。

設(shè)計(jì)1和設(shè)計(jì)6-9的設(shè)定工作光譜范圍為1400-1700nm。設(shè)計(jì)1為腔無序結(jié)構(gòu)，其反射器有序和增益有序。設(shè)計(jì)6-9通過反射器無序補(bǔ)償改變了設(shè)計(jì)1具有的反射器有序。

設(shè)計(jì)1具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1500nm和1600nm，其放大倍數(shù)為73.6和75.3；

設(shè)計(jì)6具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1500nm，其放大倍數(shù)為6920.1；

設(shè)計(jì)7具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1600nm，其放大倍數(shù)為4737.6；

設(shè)計(jì)8具有0個(gè)透過放大通道；

設(shè)計(jì)9具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1485nm和1600nm，其放大倍數(shù)為89.0和89.2；

通過反射器無序補(bǔ)償，從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)6，放大通道1位置不變而放大通道2被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)7，放大通道1被關(guān)閉而放大通道2位置不變被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)8，放大通道1和放大通道2都被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)9，放大通道1位置從1500nm移動(dòng)到1485nm而放大通道2位置不變。

基于分層介質(zhì)的增益無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器提供了4個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。圖10為基于分層介質(zhì)的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的增益無序因子，圖11為基于分層介質(zhì)的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大通道及倍數(shù)。

設(shè)計(jì)1和設(shè)計(jì)10-12的設(shè)定工作光譜范圍為1400-1700nm。設(shè)計(jì)1為腔無序結(jié)構(gòu)，其反射器有序和增益有序。設(shè)計(jì)10-12通過增益無序補(bǔ)償改變了設(shè)計(jì)1具有的增益有序。

設(shè)計(jì)1具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1500nm和1600nm，其放大倍數(shù)為73.6和75.3；

設(shè)計(jì)10具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1500nm，其放大倍數(shù)為50157.8；

設(shè)計(jì)11具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1600nm，其放大倍數(shù)為10007.9；

設(shè)計(jì)12具有0個(gè)透過放大通道；

通過增益無序補(bǔ)償，從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)10，放大通道1位置不變而放大通道2被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)11，放大通道1被關(guān)閉而放大通道2位置不變被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)1到設(shè)計(jì)12，放大通道1和放大通道2都被關(guān)閉；增益無序補(bǔ)償不能實(shí)現(xiàn)通道位置的改變。

對(duì)于光纖Bragg光柵陣列，光纖Bragg光柵作為反射器，反射器R_i的反射系數(shù)為r_i＝-tanh(|q_i|Δ_i)q_i^*/|q_i|，其中q_i＝ηπΔn_iexp(iθ_i)/λ₀為復(fù)耦合系數(shù)，Δn_i為折射率改變，θ_i為相位，λ₀為Bragg波長(zhǎng)，Δ_i為長(zhǎng)度；光纖段作為腔，腔C_i的的光學(xué)厚度為l_i＝n_effd_i，其中n_eff為光纖的有效折射率，d_i為厚度。反射器的無序因子的改變對(duì)應(yīng)于光纖Bragg光柵的長(zhǎng)度改變，腔的無序因子的改變對(duì)應(yīng)于光纖段的光學(xué)厚度的改變，增益無序因子的改變對(duì)應(yīng)于泵浦條件的改變。

用于局域光放大器設(shè)計(jì)的光纖Bragg光柵陣列(無序因子均為1時(shí))：由20個(gè)光纖Bragg光柵組成，中間被19個(gè)光纖段分開。單個(gè)光纖Bragg光柵的參數(shù)：光纖有效折射率為1.446，折射率改變?yōu)?0^-4，相位為0，Bragg波長(zhǎng)1550nm，長(zhǎng)度3mm；光纖Bragg光柵和光纖段的增益都設(shè)為10^-9/nm。設(shè)計(jì)中心波長(zhǎng)為λ₀＝1550nm，每個(gè)光纖段的光學(xué)厚度均為λ₀/2。

基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器提供了5個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。圖12為基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的無序因子，圖13基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大通道及倍數(shù)，圖14基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的左反射放大通道及倍數(shù)，圖15基于增益光纖Bragg光柵陣列的腔無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的右反射放大通道及倍數(shù)。

設(shè)計(jì)13-17的設(shè)定工作光譜范圍為1549.95-1550.05nm。設(shè)計(jì)13為腔無序結(jié)構(gòu)，其反射器有序和增益有序。設(shè)計(jì)14-17通過腔無序補(bǔ)償進(jìn)一步改變了設(shè)計(jì)1具有的腔無序。

設(shè)計(jì)13具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1549.98nm和1550.02nm，其放大倍數(shù)為134.1和126.5；設(shè)計(jì)13具有2個(gè)與其透過放大通道位置一致的左反射放大通道，其放大倍數(shù)為47.2和483.4，以及2個(gè)與其透過放大通道位置一致的右反射放大通道，其放大倍數(shù)為571.2和48.5；

設(shè)計(jì)14具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1549.98nm，其放大倍數(shù)為1554.3；設(shè)計(jì)14具有1個(gè)與其透過放大通道位置一致的左反射放大通道，其放大倍數(shù)為392.1，以及1個(gè)與其透過放大通道位置一致的右反射放大通道，其放大倍數(shù)為7008.1；

設(shè)計(jì)15具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1550.02nm，其放大倍數(shù)為875.3；設(shè)計(jì)15具有1個(gè)與其透過放大通道位置一致的左反射通道，其放大倍數(shù)為3312.1，以及1個(gè)與其透過放大通道位置一致的右反射放大通道，其放大倍數(shù)為272.7；

設(shè)計(jì)16具有0個(gè)透過放大通道，0個(gè)左反射放大通道和0個(gè)右反射放大通道；

設(shè)計(jì)17具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1549.98nm和1550.03nm，其放大倍數(shù)為476.7和465.7；設(shè)計(jì)17具有2個(gè)與其透過放大通道位置一致的左反射通道，其放大倍數(shù)為131.1和1607.9，以及2個(gè)與其透過放大通道位置一致的右反射放大通道，其放大倍數(shù)為2165.5和154.5；

通過腔無序補(bǔ)償，從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)14，放大通道1位置不變而放大通道2被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)15，放大通道1被關(guān)閉而放大通道2位置不變被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)16，放大通道1和放大通道2都被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)17，放大通道1位置不變而放大通道2位置從1550.02nm移動(dòng)到1550.03nm。

由設(shè)計(jì)13-17可知，當(dāng)增益光纖Bragg光柵陣列作為局域光放大器時(shí)，總有與其透過通道位置一致的左反射放大通道和右反射放大通道。下面在反射器無序補(bǔ)償和增益無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器時(shí)時(shí)，只討論透射放大通道。

基于增益光纖Bragg光柵陣列的反射器無序補(bǔ)償提供了5個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。圖17為基于增益光纖Bragg光柵陣列的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的無序因子，圖18為基于增益光纖Bragg光柵陣列的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大通道及倍數(shù)。

設(shè)計(jì)13和設(shè)計(jì)18-21的設(shè)定工作光譜范圍為1549.95-1550.05nm。設(shè)計(jì)13為腔無序結(jié)構(gòu)，其反射器有序和增益有序。設(shè)計(jì)18-21通過反射器無序補(bǔ)償改變了設(shè)計(jì)1具有的反射器有序。

設(shè)計(jì)13具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1549.98nm和1550.02nm，其放大倍數(shù)為134.1和126.5；

設(shè)計(jì)18具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1549.98nm，其放大倍數(shù)為891.1；

設(shè)計(jì)19具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1550.02nm，其放大倍數(shù)為807.3；

設(shè)計(jì)20具有0個(gè)透過放大通道，0個(gè)左反射放大通道和0個(gè)右反射放大通道；

設(shè)計(jì)21具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1549.98nm和1550.01nm，其放大倍數(shù)為879.0和604.0；

通過反射器無序補(bǔ)償，從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)18，放大通道1位置不變而放大通道2被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)19，放大通道1被關(guān)閉而放大通道2位置不變被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)20，放大通道1和放大通道2都被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)21，放大通道1位置不變而放大通道2位置從1550.02nm移動(dòng)到1550.01nm。

基于增益光纖Bragg光柵陣列的增益無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器提供了4個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。圖18為基于增益光纖Bragg光柵陣列的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的增益無序因子，圖19為基于增益光纖Bragg光柵陣列的反射器無序補(bǔ)償設(shè)計(jì)局域光放大器的透過放大通道及倍數(shù)。

設(shè)計(jì)13和設(shè)計(jì)22-24的設(shè)定工作光譜范圍為1549.95-1550.05nm。設(shè)計(jì)13為腔無序結(jié)構(gòu)，其反射器有序和增益有序。設(shè)計(jì)22-24通過增益無序補(bǔ)償改變了設(shè)計(jì)1具有的增益有序。

設(shè)計(jì)13具有2個(gè)透過放大通道，其位置為1549.98nm和1550.02nm，其放大倍數(shù)為134.1和126.5；

設(shè)計(jì)22具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1549.98nm，其放大倍數(shù)為3571.5；

設(shè)計(jì)23具有1個(gè)透過放大通道，其位置為1550.02nm，其放大倍數(shù)為907.5；

設(shè)計(jì)24具有0個(gè)透過放大通道，0個(gè)左反射放大通道和0個(gè)右反射放大通道；

通過增益無序補(bǔ)償，從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)22，放大通道1位置不變而放大通道2被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)23，放大通道1被關(guān)閉而放大通道2位置不變被關(guān)閉；從設(shè)計(jì)13到設(shè)計(jì)24，放大通道1和放大通道2都被關(guān)閉；增益無序補(bǔ)償不能實(shí)現(xiàn)通道位置的移動(dòng)。

綜上所述，當(dāng)增益反射器‐腔結(jié)構(gòu)作為局域光放大器時(shí)，其放大通道及倍數(shù)對(duì)于具體反射器參數(shù)、腔參數(shù)和增益參數(shù)都非常敏感，局域光放大器的穩(wěn)定工作需要對(duì)反射器無序和/或腔無序和/或增益無序進(jìn)行補(bǔ)償；另外，對(duì)反射器無序和/或腔無序和/或增益無序進(jìn)行補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)放大通道及倍數(shù)的獨(dú)立實(shí)時(shí)控制，可有效滿足不同領(lǐng)域的具體需求。

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