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(zhù)通信業(yè)務(wù)需求的飛速增長(cháng)，對光纖傳輸系統的容量和無(wú)中繼傳輸距離的要求越來(lái)越高。密集波分復用（DWDM）通信系統的速率和帶寬不斷提升，以10Gbit/s甚至更高速率為基礎的密集波分復用系統必然成為主流的光傳輸系統。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(mǎn)足光通信系統發(fā)展的要求。而相對于摻鉺光纖放大器，光纖拉曼放大器具有更大的增益帶寬、靈活的增益譜區、溫度穩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，拉曼散射效應在所有類(lèi)型的光纖上都存在，與各類(lèi)光纖系統具有良好的兼容性，包括已鋪設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、高光譜效率調制碼型和向前糾錯技術(shù)被稱(chēng)為現代大容量、長(cháng)距離光纖傳輸的四大關(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，具有很強的受激特性，即與激光器中的受激光發(fā)射有類(lèi)似特性：方向性強，散射強度高。

（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，在形式上表現為處于泵浦光的拉曼增益帶寬內的弱信號與強泵浦光波同時(shí)在光纖中傳輸，從而使弱信號光即得到放大。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(xiàn)性散射轉移部分能量，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是信號光的頻率。對非晶態(tài)石英光纖來(lái)說(shuō)，其分子振動(dòng)能級融合在一起，形成了一條能帶，因而可在較寬頻差Vp-Vs范圍（40THz）內通過(guò)SRS實(shí)現信號光的放大。

拉曼光纖放大器相對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，就可以對光纖窗口內任一波長(cháng)的信號進(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光信號的放大構成分布式放大，實(shí)現長(cháng)距離的無(wú)中繼傳輸和遠程泵浦，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)調整各個(gè)泵浦的功率來(lái)動(dòng)態(tài)調整信號增益平坦度；

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

（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中將發(fā)揮關(guān)鍵作用，表1中對光纖拉曼放大器與半導體光放大器（SOA