光纤拉曼放大器,什么是光纤拉曼放大器

光纤拉曼放大器,什么是光纤拉曼放大器

随着通信业务需求的飞速增长，对光纤传输系统的容量和无中继传输距离的要求越来越高。密集波分复用（DWDM）通信系统的速率和带宽不断提升，以10Gbit/s甚至更高速率为基础的密集波分复用系统必然成为主流的光传输系统。掺铒光纤放大器（EDFA）由于其增益平坦及噪声等局限性，已经不能完全满足光通信系统发展的要求。而相对于掺铒光纤放大器，光纤拉曼放大器具有更大的增益带宽、灵活的增益谱区、温度稳定性好以及放大器自发辐射噪声低等优点，光纤拉曼放大器是唯一能在1292~1660nm的光谱上进行放大的器件。并且，拉曼散射效应在所有类型的光纤上都存在，与各类光纤系统具有良好的兼容性，包括已铺设和新建的各种光纤链路。光纤拉曼放大器与新型大有效面积传输光纤、高光谱效率调制码型和向前纠错技术被称为现代大容量、长距离光纤传输的四大关键技术。

1.光纤拉曼放大器的工作原理和性能

（1）受激拉曼散射（SRS）

受激拉曼散射是强激光的光电场与原子中的电子激发、分子中的振动或与晶体中的晶格相耦合产生的，具有很强的受激特性，即与激光器中的受激光发射有类似特性：方向性强，散射强度高。

（2）光纤拉曼放大器工作原理

光纤拉曼放大器的工作原理是基于石英光纤中的受激拉曼散射效应，在形式上表现为处于泵浦光的拉曼增益带宽内的弱信号与强泵浦光波同时在光纤中传输，从而使弱信号光即得到放大。其工作原理示意图如下：

RFA 中一个入射泵浦光子通过光纤非线性散射转移部分能量，产生低频斯托克斯光子，而剩余能量被介质以分子振动（光学声子） 的形式吸收，完成振动态之间的跃迁。斯托克斯频移Vr=Vp-Vs由分子振动能级决定，其值决定了SRS 的频率范围，其中Vp是泵浦光的频率，Vs是信号光的频率。对非晶态石英光纤来说，其分子振动能级融合在一起，形成了一条能带，因而可在较宽频差Vp-Vs范围（40THz）内通过SRS实现信号光的放大。

拉曼光纤放大器相对于掺铒光纤放大器有明显不同：

（1）理论上只要有合适的拉曼泵浦源，就可以对光纤窗口内任一波长的信号进行放大，因此它具有很宽的增益谱；

（2）可以利用传输光纤本身作增益介质，此特点使光纤拉曼放大器可以对光信号的放大构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通讯等不方便建立中继站的场合；

（3）可以通过调整各个泵浦的功率来动态调整信号增益平坦度；

（4）具有较低的等效噪声指数，此特点使其与常规的掺铒光纤放大器混合使用时可大大降低系统噪声指数。

（3）光纤拉曼放大器性能分析

光纤拉曼放大器的性能决定了它在未来高速、大容量光纤通信系统中将发挥关键作用，表1中对光纤拉曼放大器与半导体光放大器（SOA