光纖拉曼放大器,什么是光纖拉曼放大器

光纖拉曼放大器,什么是光纖拉曼放大器

隨著通信業(yè)務(wù)需求的飛速增長(zhǎng)，對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)的容量和無(wú)中繼傳輸距離的要求越來(lái)越高。密集波分復(fù)用（DWDM）通信系統(tǒng)的速率和帶寬不斷提升，以10Gbit/s甚至更高速率為基礎(chǔ)的密集波分復(fù)用系統(tǒng)必然成為主流的光傳輸系統(tǒng)。摻鉺光纖放大器（EDFA）由于其增益平坦及噪聲等局限性，已經(jīng)不能完全滿足光通信系統(tǒng)發(fā)展的要求。而相對(duì)于摻鉺光纖放大器，光纖拉曼放大器具有更大的增益帶寬、靈活的增益譜區(qū)、溫度穩(wěn)定性好以及放大器自發(fā)輻射噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，光纖拉曼放大器是唯一能在1292~1660nm的光譜上進(jìn)行放大的器件。并且，拉曼散射效應(yīng)在所有類型的光纖上都存在，與各類光纖系統(tǒng)具有良好的兼容性，包括已鋪設(shè)和新建的各種光纖鏈路。光纖拉曼放大器與新型大有效面積傳輸光纖、高光譜效率調(diào)制碼型和向前糾錯(cuò)技術(shù)被稱為現(xiàn)代大容量、長(zhǎng)距離光纖傳輸?shù)乃拇箨P(guān)鍵技術(shù)。

1.光纖拉曼放大器的工作原理和性能

（1）受激拉曼散射（SRS）

受激拉曼散射是強(qiáng)激光的光電場(chǎng)與原子中的電子激發(fā)、分子中的振動(dòng)或與晶體中的晶格相耦合產(chǎn)生的，具有很強(qiáng)的受激特性，即與激光器中的受激光發(fā)射有類似特性：方向性強(qiáng)，散射強(qiáng)度高。

（2）光纖拉曼放大器工作原理

光纖拉曼放大器的工作原理是基于石英光纖中的受激拉曼散射效應(yīng)，在形式上表現(xiàn)為處于泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)的弱信號(hào)與強(qiáng)泵浦光波同時(shí)在光纖中傳輸，從而使弱信號(hào)光即得到放大。其工作原理示意圖如下：

RFA 中一個(gè)入射泵浦光子通過(guò)光纖非線性散射轉(zhuǎn)移部分能量，產(chǎn)生低頻斯托克斯光子，而剩余能量被介質(zhì)以分子振動(dòng)（光學(xué)聲子） 的形式吸收，完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷。斯托克斯頻移Vr=Vp-Vs由分子振動(dòng)能級(jí)決定，其值決定了SRS 的頻率范圍，其中Vp是泵浦光的頻率，Vs是信號(hào)光的頻率。對(duì)非晶態(tài)石英光纖來(lái)說(shuō)，其分子振動(dòng)能級(jí)融合在一起，形成了一條能帶，因而可在較寬頻差Vp-Vs范圍（40THz）內(nèi)通過(guò)SRS實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的放大。

拉曼光纖放大器相對(duì)于摻鉺光纖放大器有明顯不同：

（1）理論上只要有合適的拉曼泵浦源，就可以對(duì)光纖窗口內(nèi)任一波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行放大，因此它具有很寬的增益譜；

（2）可以利用傳輸光纖本身作增益介質(zhì)，此特點(diǎn)使光纖拉曼放大器可以對(duì)光信號(hào)的放大構(gòu)成分布式放大，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的無(wú)中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦，尤其適用于海底光纜通訊等不方便建立中繼站的場(chǎng)合；

（3）可以通過(guò)調(diào)整各個(gè)泵浦的功率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整信號(hào)增益平坦度；

（4）具有較低的等效噪聲指數(shù)，此特點(diǎn)使其與常規(guī)的摻鉺光纖放大器混合使用時(shí)可大大降低系統(tǒng)噪聲指數(shù)。

（3）光纖拉曼放大器性能分析

光纖拉曼放大器的性能決定了它在未來(lái)高速、大容量光纖通信系統(tǒng)中將發(fā)揮關(guān)鍵作用，表1中對(duì)光纖拉曼放大器與半導(dǎo)體光放大器（SOA