光纖放大器喇曼放大器

1、第一部分： 光纖通信的歷史光通信的歷史可以追溯到我國(guó) 3000 多年前的烽火臺(tái)，但是它并不是真正意義上的光通信。應(yīng)用同軸電纜和微波的電通信系統(tǒng)在 20 世紀(jì) 70 年代前得到了較大的發(fā)展，然而電通信系統(tǒng)有著容量上限的缺點(diǎn)，到 1970 年之后容量基本就沒(méi)有了提升。在 1966 年，“光通信之父”K. C. Kao 提出了光纖通信這一概念。之后，1976年美國(guó)亞特蘭大成功地進(jìn)行的 44.736Mb/s 傳輸 10km 的光纖通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為光纖通信的實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)。隨后石英制光纖材料被研制出了。到了1980年，多模光纖開(kāi)始投入商用，單模光纖通信也開(kāi)始進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。1991 年，第一個(gè)DWD

2、M 系統(tǒng)誕生，此后波分復(fù)用器、光放大器和光纖激光器等技術(shù)都日趨成熟。到目前為止，已經(jīng)有五代光通信系統(tǒng)相繼投入使用。隨著光纖材料從多模發(fā)展到單模，光纖損耗的進(jìn)一步降低，傳輸速率的增加，傳輸容量的加大，中繼距離的增長(zhǎng)，光纖通信系統(tǒng)發(fā)展到了從 1996 年至今的第五代。其主要特征是光纖激光器和光纖放大器的大量使用，以及 DWDM 系統(tǒng)的迅速發(fā)展。 光纖通信的優(yōu)勢(shì)目前廣泛使用的光通信方式是利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號(hào)的通信方式。這種通信方式稱為光纖通信。光纖通信工作在近紅外區(qū)，其波長(zhǎng)是0.81.8m，對(duì)應(yīng)的頻率為167375THz。光纖通信技術(shù)的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)起到了舉足輕重的地位，發(fā)展前景十分廣闊。光

3、纖通信的載波是光信號(hào)，其傳輸介質(zhì)為光纖，這是與其他通信方式最大的不同。其優(yōu)點(diǎn)如下：（1） 容量大用于通信的光信號(hào)的頻率非常高，而帶寬正是由光信號(hào)的頻率所決定的。因此光纖可以提供比任何已有的傳輸介質(zhì)都寬的傳輸帶寬。而且由于其橫截面積窄，因此信息密度非常高。（2） 損耗低用于光纖通信的石英單模光纖在 1360nm 處的損耗僅 0.35dB/km，1550nm 處的損耗僅 0.2dB/km。低的損耗可以減少中繼，提升信噪比，對(duì)于簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低成本和提升性能有著重要的意義。（3） 體積小光纖的外徑僅 125 µ m，由其制成的光纜外徑約 11mm13mm，而標(biāo)準(zhǔn)的同軸電纜的外徑則至少有 40

4、mm。因此光纜更易敷設(shè)也更適用于城市擁擠的管道中。（4） 抗電磁、保密性光纖中的光對(duì)電磁干擾不敏感，強(qiáng)電、雷擊等都不會(huì)影響系統(tǒng)的傳輸性能。而且由于光纖中的光幾乎會(huì)向外部泄露，因此其保密性也非常的優(yōu)良。光放大器簡(jiǎn)介光放大器簡(jiǎn)介 光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離是由光纖損耗和色散所限制的，傳統(tǒng)的光纖長(zhǎng)途傳輸系統(tǒng)需要每隔一定距離就增加一個(gè)再生中繼器以保證信號(hào)質(zhì)量，這種再生中繼器的基本功能是進(jìn)行光一電一光的轉(zhuǎn)換，在光信號(hào)轉(zhuǎn)交為電信號(hào)時(shí)進(jìn)行再生、整形和定時(shí)處理，恢復(fù)信號(hào)的形狀和幅度，然后再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換回光信號(hào)這種方式存在許多缺點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用昂貴。系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性不高，特別是在多信道的光纖通信系統(tǒng)中更為突出

5、，而且使系統(tǒng)的傳輸容量受到一定的限制 為了適應(yīng)光纖通信向高速率、大容量、長(zhǎng)距離的方向發(fā)展，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的光放大器(OA)是光纖通信領(lǐng)域的一次革命光放大器能對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，具有實(shí)時(shí)、在線、寬帶、高增益、低噪聲、低功耗以及波長(zhǎng)、速率和調(diào)制方式透明等優(yōu)點(diǎn)。使整個(gè)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單靈活，它的出現(xiàn)和實(shí)用化在光纖通信發(fā)展歷史上具有里程碑意義光纖拉曼放大器優(yōu)缺點(diǎn)光纖拉曼放大器優(yōu)缺點(diǎn)光纖拉曼放大器優(yōu)缺點(diǎn)光纖拉曼放大器優(yōu)缺點(diǎn) 與其他光纖放大器相比光纖拉曼放大器具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)： （1） 拉曼放大是一個(gè)非諧振過(guò)程，增益譜響應(yīng)僅依賴于泵浦波長(zhǎng)和泵浦功率，只要有合適的泵浦光源，就可得到任意波長(zhǎng)的拉曼放大

6、。 （2） 和大多數(shù)介質(zhì)中在特定頻率上產(chǎn)生拉曼增益情況相反，石英光纖中的拉曼增益可在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)地產(chǎn)生，因此可用作寬帶放大器。 （3） 通過(guò)合理選擇泵浦波長(zhǎng)，可以精確地確定拉曼增益譜形狀和增益帶寬，在補(bǔ)充和拓展摻鉺光纖放大器的增益帶寬方面表現(xiàn)出極其誘人的前景。 （4） 光纖拉曼放大器可與其它如摻銩光纖放大器(TDFA)、摻鐠光纖放大器PDFA)等級(jí)聯(lián)，產(chǎn)生寬帶、平坦的增益，可用于超寬帶波分復(fù)用系統(tǒng)。 當(dāng)然，F(xiàn)RA也有其缺點(diǎn)： （1） 泵浦效率較低：光纖的拉曼增益系數(shù)很小，在泵浦光將能量轉(zhuǎn)移到信號(hào)光的同時(shí)，在幾十公里這樣長(zhǎng)的傳輸光纖上也有很大一部分能量同時(shí)損耗掉了。另外，較高的轉(zhuǎn)化效率將會(huì)使

7、得泵浦介入噪聲變大，也限制了效率的提高； （2） 需要高泵浦功率； （3）具有很強(qiáng)的偏振依賴性，這就增加了成本和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。 課題研究?jī)?nèi)容及意義本課題的內(nèi)容集中在非線性效應(yīng)對(duì)光纖通信的影響及應(yīng)用的研究方面。本論文主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究工作：（1） 本文總結(jié)了光纖中的非線性效應(yīng)對(duì)光纖通信的影響及其在光纖通信的應(yīng)用，進(jìn)一步研究了光纖中的布里淵散射原理及受激布里淵散射（SBS）的閾值特性。并進(jìn)行了兩種 G.652B 和一種 G.652D 單模光纖的 SBS 閾值測(cè)量實(shí)驗(yàn)，得到了與理論估算值非常吻合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中，在大功率窄線寬光纖激光器作為光源的條件下，測(cè)得 G.652D 光纖具有高達(dá)

8、 12mW 的 SBS 閾值。此外從三種光纖 SBS閾值的不同之處分析了光纖結(jié)構(gòu)及摻雜濃度對(duì) SBS 閾值的影響。（2） 從喇曼散射的原理出發(fā)，對(duì)喇曼放大的原理及其應(yīng)用進(jìn)行了分析，提出了基于喇曼組合放大的帶 FBG 光纖喇曼激光器長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)，即利用兩級(jí)泵浦光產(chǎn)生的喇曼效應(yīng)，對(duì)信號(hào)光進(jìn)行喇曼組合放大，就是在 FBG 對(duì)形成的諧振腔產(chǎn)生的激射光對(duì)信號(hào)光喇曼放大的同時(shí)，也利用抽運(yùn)泵浦光信號(hào)光喇曼放大，能更有效地利用泵浦光，來(lái)獲得更高的喇曼增益以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的帶增益鉗制光纖傳輸，對(duì)此系統(tǒng)的理論模型進(jìn)行了分析；為了對(duì)系統(tǒng)的模擬及測(cè)量更加準(zhǔn)確，我們采用開(kāi)關(guān)增益法對(duì)實(shí)驗(yàn)所用光纖的喇曼增益系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，分

9、析了測(cè)量原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)值進(jìn)行了比較。（3） 分析了喇曼放大器的性能參數(shù)，實(shí)驗(yàn)搭建了于基于喇曼組合放大的長(zhǎng)距離光纖傳輸系統(tǒng)，測(cè)量了該系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)增益、自發(fā)輻射（ASE）噪聲、噪聲指數(shù)和在光纖長(zhǎng)度上的光功率分布等，從系統(tǒng)理論模型主要討論了泵浦方式、光纖長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)的增益鉗制效果、噪聲性能和非線性損傷的影響，討論了其作為一個(gè)長(zhǎng)距離光纖傳輸系統(tǒng)，其在 DWDM 系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。 常用光纖放大器光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)由于損耗而衰減，為了防止光信號(hào)衰減得太弱以致無(wú)法探測(cè)出，就需要恢復(fù)光信號(hào)的功率。以前的光電中繼器繁雜的光電、電光轉(zhuǎn)換使得通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，成本更加昂貴。光放大器的出現(xiàn)為光纖通信帶來(lái)

10、了革命性的變化。目前，常用的光放大器主要是摻鉺光纖放大器（EDFA）、其他摻雜光纖放大器、非線性效應(yīng)光纖放大器和半導(dǎo)體光放大器（SOA）。目前寬帶光放大器可簡(jiǎn)單歸納為三種：(1)稀土摻雜光纖放大器, 包括摻鉺光纖放大器(EDFA), 摻銩光纖放大器(TDFA),以及摻鐠光纖放大器(PDFA)；(2)半導(dǎo)體激光放大器(SOA)；(3)拉曼光纖放大器(FRA)。第二部分 非線性效應(yīng)光纖放大器在對(duì)光纖中的光信號(hào)的放大器件中，還存在的一類常用的光放大器就是非線性光纖放大器。非線性光纖放大器是利用泵浦光作用下光纖中的受激喇曼散射效應(yīng)（SRS）或受激布里淵散射效應(yīng)（SBS）來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的放大器。由于光

11、纖的纖芯很細(xì)，只是需要較低的光功率便可使光纖中的光場(chǎng)達(dá)到很高的密度。另外，光纖的損耗很低，有利于非線性效應(yīng)的積累?；谑芗げ祭餃Y散射的光纖布里淵放大器由于可以用于放大的光信號(hào)帶寬太窄，在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值不大而主要應(yīng)用于光纖傳感系統(tǒng)中?；谑芗だ⑸涞墓饫w喇曼放大器（FRA）是唯一能夠在 1260nm1700nm 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行放大的光纖放大器。 非線性效應(yīng)對(duì)光纖通信系統(tǒng)的影響光纖中的非線性效應(yīng)有受激布里淵散射（SBS：Stimulated Brillouin Scattering)、受激喇曼散射（SRS：Stimulated Raman Scattering）、四波混頻（FWM：F

12、our-WaveMixing）、自相位調(diào)制（SPM：Self-Phase Modulation）和交叉相位調(diào)制（XPM：Cross-Phase Modulation）等。 受激喇曼散射效應(yīng)光被介質(zhì)內(nèi)部的粒子散射，同時(shí)引發(fā)粒子的非線性振動(dòng)，這就是喇曼（Raman）效應(yīng)。在 1923 年，Smekal 預(yù)言了這種效應(yīng)。喇曼效應(yīng)最早在 1928 年由印度物理學(xué)家 Raman 在液體中觀察到，并以此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。喇曼散射分為兩類：自發(fā)喇曼散射和受激喇曼散射（SRS）。第三部分 光纖喇曼放大器光纖喇曼放大器是利用光纖的非線性光學(xué)效應(yīng)受激喇曼散射效應(yīng)產(chǎn)生的增益機(jī)理而對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸線路與放

13、大線路同為光纖，因此，放大器與線路的耦合損耗小，噪聲較低，增益穩(wěn)定性較好。但需要很大的泵浦功率（數(shù)百毫瓦）以及為了得到寬帶較平坦增益需要較多的泵浦波長(zhǎng)。另外，光纖喇曼放大器的特性對(duì)光纖的偏振狀態(tài)十分敏感。因此，光纖喇曼放大器目前還不能用于光纖通信。喇曼光纖放大器已成為世界范圍的研究熱點(diǎn)。相比于其他光放大器，喇曼放大器有很多優(yōu)點(diǎn)，如表 3-1 所示。P29如果信號(hào)與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)傳輸，并且其頻率差位于泵浦光波的拉曼增益譜帶寬之內(nèi)，那么這個(gè)弱信號(hào)光可被該光纖放大，由于這種放大的物理機(jī)制是受激拉曼散射（SRS），所以稱之為光纖拉曼放大器。 圖3.2為一個(gè)頻率為p和s的泵浦光和信號(hào)光通過(guò)耦合器輸入光

14、纖，當(dāng)這兩束光在光纖中一起傳輸時(shí)，泵浦光的能量通過(guò)受激拉曼散射效應(yīng)轉(zhuǎn)移給信號(hào)光，使信號(hào)光得到放大。其中信號(hào)可以同向輸入，也可以反向輸入，所以存在2種拉曼放大器，同向拉曼放大器和反向拉曼放大器1 。光纖拉曼放大器的基本結(jié)構(gòu)光纖拉曼放大器的基本結(jié)構(gòu)光纖拉曼放大器的基本結(jié)構(gòu)光纖拉曼放大器的基本結(jié)構(gòu) 早在 1976 年，光纖拉曼放大器就研制成功了，到 20 世紀(jì) 80 年代得到進(jìn)一步發(fā)展。圖3.3為后向泵浦光纖拉曼放大器的基本結(jié)構(gòu)。在輸入端和輸出端各有一個(gè)光隔離器，它是一種單向光傳輸器件，目的是消除各種反射光的干擾，使信號(hào)光單向傳輸。泵浦光源用于提供能量，光耦合器的作用是將信號(hào)光和泵浦光耦合進(jìn)同一傳輸

15、光纖中。光濾波器用來(lái)消除被放大的自發(fā)輻射光以降低放大器的噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比。此外，在FRA 的輸出端加長(zhǎng)周期光纖光柵制成的增益平坦濾波器(GFF)還可以對(duì)放大器的寬帶增益譜起到平坦的作用。按照泵浦光傳播的方向來(lái)分，光纖拉曼放大器可以分為前向泵浦、后向泵浦和雙向泵浦等多種泵浦方式。圖 3.3 所示的是后向泵浦拉曼放大器的基本結(jié)構(gòu)，圖3.4 和圖 3.5 別給出了雙向泵浦和前向泵浦拉曼放大器的結(jié)構(gòu)圖。在前向泵浦結(jié)構(gòu)中，泵浦光和信號(hào)光從同一端注入傳輸光纖，信號(hào)光和泵浦光的串?dāng)_較大，噪聲性能較差。而后向泵浦可以抑制泵浦誘發(fā)的高頻偏振和強(qiáng)度噪聲，并能降低傳輸末端的泵浦光功率，有效的降低單元噪聲以及由

16、此引起的光纖非線性效應(yīng)。對(duì)于普通單模光纖和色散位移光纖，后向泵浦帶來(lái)的串?dāng)_要比前向泵浦低得多。因此在實(shí)際應(yīng)用中一般采用后向泵浦的方式。拉曼光纖放大器的應(yīng)用拉曼光纖放大器的應(yīng)用拉曼光纖放大器的應(yīng)用拉曼光纖放大器的應(yīng)用 由于拉曼光纖放大器具有以上特性，總的說(shuō)來(lái)它主要有如下幾方面的用途： 1、提高系統(tǒng)容量提高系統(tǒng)容量提高系統(tǒng)容量提高系統(tǒng)容量。提高系統(tǒng)容量主要是增加信道復(fù)用數(shù)，一方面開(kāi)辟新的傳輸窗口可以增加信道復(fù)用數(shù)。目前商用 EDFA 的工作波段在 1525nm1625nm,而可以利用的光纖頻帶還很寬。要開(kāi)辟新的傳輸窗口，就需要有合適頻帶的光放大器，RFA 的全波段放大特性正好滿足要求。另一方面可通

17、過(guò)減小信道間隔來(lái)增加信道復(fù)用數(shù)，但這樣會(huì)引起四波混頻、交叉相位調(diào)制作用增強(qiáng)，信道間串?dāng)_等，RFA 的低噪聲特性可在一定程度上用來(lái)減小信道間隔。 2、系統(tǒng)升級(jí)系統(tǒng)升級(jí)系統(tǒng)升級(jí)系統(tǒng)升級(jí)。在接收機(jī)性能不變的前提下，增加系統(tǒng)的傳輸速率要保證接收端的誤碼率不變就必須增加接收端的信噪比?？刹捎门c前置放大器相配合的RFA 來(lái)提高信噪比，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)。 3、增加無(wú)中斷傳輸距離增加無(wú)中斷傳輸距離增加無(wú)中斷傳輸距離增加無(wú)中斷傳輸距離。無(wú)中斷傳輸距離主要由信噪比決定。在長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)中，由 EDFA 來(lái)放大，產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲積累起來(lái)，導(dǎo)致信噪比的下降，從而限制了無(wú)中繼傳輸?shù)木嚯x。要保持高的信噪比，必須提高信號(hào)

18、光的輸入功率，這樣會(huì)引起較強(qiáng)的非線性效應(yīng)。而分布式 RFA 的噪聲指數(shù)（NF）較小，故可用于長(zhǎng)距離傳輸。 為什么會(huì)有雙向？ 依據(jù)泵浦方式不同，拉曼光纖放大器可分為前向泵浦、后向泵浦和雙向泵浦3種結(jié)構(gòu)。其中泵浦光與信號(hào)光同方向傳輸稱為前向泵浦，反之稱為后向泵浦，兩個(gè)方向同時(shí)泵浦則稱為雙向泵浦。與前向泵浦相比較，采用后向泵浦可以避免泵浦噪聲串?dāng)_到信號(hào)中，從而使放大器的噪聲較低，同時(shí)后向泵浦的偏振依賴性也較小。當(dāng)拉曼增益較大時(shí)，在入纖處（前向泵浦）或出纖處（后向泵浦）信號(hào)光功率較大，非線性效應(yīng)嚴(yán)重，因此采用雙向泵浦方式的拉曼光纖放大器性能優(yōu)于僅僅采用前向或者后向泵浦的拉曼光纖放大器。按放大方式拉曼光

19、纖放大器可分為分布式和分立式兩類。 分布式：沿光纖分布的光信號(hào)進(jìn)行在線放大。主要作為傳輸光纖損耗的分布式補(bǔ)償放大，傳輸?shù)钠胀ü饫w作增益介質(zhì)，傳輸距離比較長(zhǎng)，可達(dá)100km左右；泵浦源功率幾百毫瓦；所以光纖中各處的信號(hào)光功率都比較小，從而可降低各種光纖非線性效應(yīng)的干擾。 分立式(集總式)：集中對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大。 主要作為高增益、高功率放大，介質(zhì)通常是色散補(bǔ)償光纖或高非線性光纖 ，比較短，一般10km以內(nèi)；泵浦源功率幾瓦到幾十瓦。EDFA也屬于分立式。受激拉曼散射效應(yīng)受激拉曼散射效應(yīng)受激拉曼散射效應(yīng)受激拉曼散射效應(yīng) 一個(gè)入射泵浦光子通過(guò)光纖的非線性散射轉(zhuǎn)移部分能量，產(chǎn)生另一個(gè)低能和低頻光子，稱為斯

20、托克斯頻移光，而剩余的能量被介以分子振動(dòng)（光學(xué)聲子）的形式吸收，完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷（見(jiàn)圖4.1）2。 圖4.1 斯托克斯頻移spRv-vv=，由分子振動(dòng)能級(jí)決定，其值決定了SRS的頻率范圍，對(duì)非晶態(tài)石英光纖，其分子振動(dòng)能級(jí)融合在一起，形成了一條能帶，因而可以在較寬的頻差 spv-v范圍（40THz）內(nèi)通過(guò)SRS實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的放大。謝謝謝謝 值此本科學(xué)位論文完成之際，首先要感謝我的導(dǎo)師鄭勉老師。鄭老師從一開(kāi)始的論文方向的選定，到最后的整篇文論的完成，都非常耐心的對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)。給我提供了大量數(shù)據(jù)資料和建議，告訴我應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題，細(xì)心的給我指出錯(cuò)誤。他對(duì)光纖通信領(lǐng)域的專業(yè)研究和對(duì)該課題深刻的見(jiàn)解

21、，使我受益匪淺。鄭老師誨人不倦的工作作風(fēng)，一絲不茍的工作態(tài)度，嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)風(fēng)格給我留下深刻的影響，值得我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)。在此，謹(jǐn)向?qū)熰嵜憷蠋熤乱猿绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！ 同時(shí)，也要感謝寢室同學(xué)對(duì)我的支持。在寫(xiě)論文的過(guò)程中，我足不出戶，是你們幫我?guī)э埢貋?lái)，讓我的生活得到保障。 最后要感謝的是我的父母，他們不僅培養(yǎng)了我對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的濃厚的興趣，讓我在漫長(zhǎng)的人生旅途中使心靈有了虔敬的歸依，而且也為我能夠順利的完成畢業(yè)論文提供了巨大的支持與幫助。在未來(lái)的日子里，我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負(fù)父母對(duì)我的殷殷期望！我一定會(huì)好好孝敬和報(bào)答他們！拉曼光纖放大器是利用受激拉曼散射效應(yīng)，以光纖作為增益介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)的全

22、光放大器。它的增益帶寬很寬，可達(dá) 4 0 THz ，可用平坦增益范圍有 2 03 0 n m。從理論上講， 只要有合適功率的高功率泵浦源， 它就可以放大任意波長(zhǎng)的信號(hào)。 另外， 它具有低噪聲、可利用傳輸光纖作在線放大等優(yōu)點(diǎn)，成為光放大器家族中重要一員。光纖拉曼放大器的原理光纖拉曼放大器的工作原理是基于光纖中的受激拉曼散射效應(yīng)。當(dāng)強(qiáng)激光輸入到非線性介質(zhì)中時(shí)，在一定條件下，拉曼散射有激光的性質(zhì)，不論是斯托克斯光 ( S t o k e s ) 還是反斯托克斯光 ( a n t i s t o k e s )都是相干光。這樣，當(dāng)弱信號(hào)光與強(qiáng)泵浦光同時(shí)在光纖中傳輸，且信號(hào)光波長(zhǎng)在泵浦光的拉曼增益譜內(nèi)，

23、光能量將會(huì)從泵浦光轉(zhuǎn)移到信號(hào)光，從而實(shí)現(xiàn) 光放大 。光纖拉曼放大器的分類依據(jù)泵浦方式的不同，拉曼光纖放大器可分為前向泵浦、后向泵浦和雙向泵浦三種結(jié)構(gòu)。 其中， 泵浦光與信號(hào)光同方向傳輸稱為同向泵浦，反之為后向泵浦。 與前向泵浦相比較， 采用后向泵浦可以使放大器的噪聲較低， 同時(shí)， 它的偏振依賴性也較小。 當(dāng)拉曼增益較大時(shí)， 在入纖處或出纖處信號(hào)光功率較大 ，非線性效應(yīng)嚴(yán)重， 因此， 雙向泵浦方式的拉曼光纖放大器性能優(yōu)于單向泵浦的拉曼光纖放大器。光纖拉曼放大器具有兩種類型 ，即集中式和分布式拉曼放大器，各有其特點(diǎn)。集中式光纖拉曼放大器是將拉曼光纖放大器與傳輸線分開(kāi)， 作為獨(dú)立元件。集中式所用增益

24、光纖相對(duì)較短，泵浦功率很高，可產(chǎn)生4 0 d B以上的高增益，放大E DF A不能放大的波段。分布式光纖拉曼放大器使用傳輸光纖本身作增益介質(zhì)，與集中式相比，具有更低的噪聲系數(shù)， 主要和E D F A配合使用， 提高系統(tǒng)的整體性能。光纖拉曼放大器的特性( 1 ) 拉曼放大是一個(gè)非諧振過(guò)程 ， 其增益響應(yīng)僅依賴于泵浦光波長(zhǎng)及其帶寬，選擇合適的泵浦源就可得到任意波長(zhǎng)的放大。對(duì)于開(kāi)發(fā)光纖的整個(gè)低損耗區(qū)具有無(wú)可替代的作用。( 2 ) 增益介質(zhì)為傳輸光纖本身， 與光纖系統(tǒng)具有 良好的兼容性 ，它可利用現(xiàn)已大量鋪設(shè)的G 6 5 2 或G 6 5 5 光纖作為增益介質(zhì)， 對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分布式放大， 從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距

25、離的無(wú)中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦，尤其適用于海底光纜通信等不方便設(shè)立中繼器的場(chǎng)合。( 3 )串?dāng)_小、 溫度穩(wěn)定性好、噪聲指數(shù)低。( 4 )光纖拉曼放大器的飽合功率高， 增益譜調(diào)整的方式直接而且多樣 ，放大作用的時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)對(duì)超短脈沖的放大。光纖拉曼放大器也存在一些缺點(diǎn) ：需要特大功率的泵浦源，這是一個(gè)比較苛刻的要求；另外一點(diǎn)， 即對(duì)光的偏振態(tài)較敏感，可以通過(guò)增加偏振光耦合器來(lái)解決；其次拉曼增益被放大自發(fā)輻射的瑞利后向散射和信號(hào)的雙重瑞利后向散射所限制，會(huì)引起多點(diǎn)反射和多路徑干涉，產(chǎn)生碼間干擾，降低信噪比等。光纖拉曼放大器的作用( 1 ) 提高系統(tǒng)容量。 傳輸速率不變的情況下，可通過(guò)增加信道復(fù)用數(shù)來(lái)提

26、高系統(tǒng)容量。分布式光纖拉曼放大器的低噪聲特性可以減小信道間隔，提高光纖傳輸?shù)膹?fù)用程度，從而提高傳輸容量。( 2)拓展頻譜利用率和提高傳輸系統(tǒng)的速率。光纖拉曼放大器的全波段放大特性 ， 使它可以工作在整個(gè)低損耗區(qū)，極大地提高了頻譜利用率。分布式光纖拉曼放大器是將現(xiàn)有的系統(tǒng)傳輸速率升級(jí)到4 0 Gb i t s 的關(guān)鍵器件之一?？商钛a(bǔ)E D F A無(wú)法應(yīng)用的領(lǐng)域。( 3 ) 增加無(wú)中繼傳輸距離。 分布式光纖拉曼放大器的等效噪聲指數(shù)極低，比E D F A的噪聲指數(shù)低4 5 d B，它主要用于長(zhǎng)跨距傳輸。光纖拉曼放大器的技術(shù)問(wèn)題光纖拉曼放大器的研究還處于初級(jí)階段， 要提高性能， 還要解決一些主要技術(shù)問(wèn)

27、題。( 1 ) 泵浦源的選擇。 由于受激拉曼散射需要強(qiáng)的泵浦功率，泵浦源就成了光纖拉曼放大器首要解決的問(wèn)題。目前， 有三種解決方法 ，一是大功率 L D及其組合； 二是拉曼光纖激光器； 三是半導(dǎo)體固體激光器。( 2 ) 實(shí)現(xiàn)增益平坦。目前， 光纖拉曼放大器增益平坦的方法主要是采用多波長(zhǎng)泵浦和增益均衡器兩類。采用多波長(zhǎng)可得到寬帶、 平坦的增益曲線， 而且所需要總泵浦功率相對(duì)較小，但需要精密設(shè)計(jì)波長(zhǎng)間隔及分配不同波長(zhǎng)的泵浦功率。( 3 ) 如何抑制光纖拉曼放大器噪聲。光纖拉曼放大器的噪聲研究也是 目前研究的熱點(diǎn)。 另外減小串?dāng)_， 改善分布放大特性， 也是需要解決的問(wèn)題。 隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，光纖拉曼放大器在光網(wǎng)絡(luò)中的使用和控制也有待深入研究。光纖拉曼放大器的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，分布式光纖拉曼放大器進(jìn)展很快，國(guó)外很多