光纤拉曼放大器

光纤拉曼放大器的工作原理是基于光纤中的受激拉曼散射效应。当强激光输入到非线性介质中时，在一定条件下，拉曼散射有激光的性质，不论是斯托克斯光 ( S t o k e s ) 还是反斯托克斯光 ( a n t i ―s t o k e s )都是相干光。这样，当弱信号光与强泵浦光同时在光纤中传输，且信号光波长在泵浦光的拉曼增益谱内，光能量将会从泵浦光转移到信号光，从而实现光放大 。

依据泵浦方式的不同，拉曼光纤放大器可分为前向泵浦、后向泵浦和双向泵浦三种结构。 其中， 泵浦光与信号光同方向传输称为同向泵浦，反之为后向泵浦。 与前向泵浦相比较， 采用后向泵浦可以使放大器的噪声较低， 同时， 它的偏振依赖性也较小。 当拉曼增益较大时， 在入纤处或出纤处信号光功率较大 ，非线性效应严重， 因此， 双向泵浦方式的拉曼光纤放大器性能优于单向泵浦的拉曼光纤放大器。

光纤拉曼放大器具有两种类型 ，即集中式和分布式拉曼放大器，各有其特点。集中式光纤拉曼放大器是将拉曼光纤放大器与传输线分开， 作为独立元件。集中式所用增益光纤相对较短，泵浦功率很高，可产生4 0 d B以上的高增益，放大E DF A不能放大的波段。分布式光纤拉曼放大器使用传输光纤本身作增益介质，与集中式相比，具有更低的噪声系数， 主要和E D F A配合使用， 提高系统的整体性能。

( 1 ) 提高系统容量。 传输速率不变的情况下，可通过增加信道复用数来提高系统容量。分布式光纤拉曼放大器的低噪声特性可以减小信道间隔，提高光纤传输的复用程度，从而提高传输容量。

( 2)拓展频谱利用率和提高传输系统的速率。光纤拉曼放大器的全波段放大特性 ， 使它可以工作在整个低损耗区，极大地提高了频谱利用率。分布式光纤拉曼放大器是将现有的系统传输速率升级到4 0 Gb i t ／ s 的关键器件之一。可填补E D F A无法应用的领域。

( 3 ) 增加无中继传输距离。 分布式光纤拉曼放大器的等效噪声指数极低，比E D F A的噪声指数低4 ． 5 d B，它主要用于长跨距传输。

( 1 ) 拉曼放大是一个非谐振过程 ， 其增益响应仅依赖于泵浦光波长及其带宽，选择合适的泵浦源就可得到任意波长的放大。对于开发光纤的整个低损耗区具有无可替代的作用。

( 2 ) 增益介质为传输光纤本身， 与光纤系统具有 良好的兼容性 ，它可利用现已大量铺设的G． 6 5 2 或G． 6 5 5 光纤作为增益介质， 对光信号进行分布式放大， 从而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信等不方便设立中继器的场合。

( 3 )串扰小、 温度稳定性好、噪声指数低。

( 4 )光纤拉曼放大器的饱合功率高，  增益谱调整的方式直接而且多样 ，放大作用的时间短，可实现对超短脉冲的放大。

光纤拉曼放大器也存在一些缺点 ：

需要特大功率的泵浦源，这是一个比较苛刻的要求；另外一点， 即对光的偏振态较敏感，可以通过增加偏振光耦合器来解决；其次拉曼增益被放大自发辐射的瑞利后向散射和信号的双重瑞利后向散射所限制，会引起多点反射和多路径干涉，产生码间干扰，降低信噪比等。

光纤拉曼放大器的研究还处于初级阶段， 要提高性能， 还要解决一些主要技术问题。

( 1 ) 泵浦源的选择。 由于受激拉曼散射需要强的泵浦功率，泵浦源就成了光纤拉曼放大器首要解决的问题。目前， 有三种解决方法 ，一是大功率 L D及其组合； 二是拉曼光纤激光器； 三是半导体固体激光器。

( 2 ) 实现增益平坦。目前， 光纤拉曼放大器增益平坦的方法主要是采用多波长泵浦和增益均衡器两类。采用多波长可得到宽带、 平坦的增益曲线， 而且所需要总泵浦功率相对较小，但需要精密设计波长间隔及分配不同波长的泵浦功率。

( 3 ) 如何抑制光纤拉曼放大器噪声。光纤拉曼放大器的噪声研究也是 目前研究的热点。 另外减小串扰， 改善分布放大特性， 也是需要解决的问题。 随着光网络的发展，光纤拉曼放大器在光网络中的使用和控制也有待深入研究。

目前，光纤拉曼放大器主要在以下几方面得到了发展。

(1)新型泵浦结构的分布式光纤拉曼放大器。传统的分布式光纤拉曼放大器部采用后向泵浦方式，目前，采用双向泵浦结构及合理的泵浦波长的选择，在1528～1605nm范围内可以同时实现增益与噪声指数的平坦化。

()用于光纤拉曼放大器的材料和器件方面。输出功率在350mW以上的泵浦激光器已经商用，同时带有布拉格光纤光栅稳频器；制约集中式光纤拉曼放大器研究进展的增益介质也取得了突破，最近出现了一种采用光子晶体光纤技术研制的高非线性光纤，它弥补了通常色散补偿光纤拉曼增益系数小的问题。

(3)在功能完善、控制灵活的光纤拉曼放大器方面取得进展。ACCELINK光迅公司推出了新的光纤拉曼放大器，相对噪声指数只有一2dB；波长范围为I528～I567nm，增益10dB，增益不平坦度为1．1dB；产品为DB37接口，具有完整的内部控制电路和RS232接口。

从技术前景来看，光纤拉曼放大器是其它类型光放大器无法替代的，也是使现有传输系统由低速率升级~]40Gbit／S所必需的关键器件；是超大容量、超长距离光传输系统的关键技术。

目前，分布式光纤拉曼放大器进展很快，国外很多长距离、超大容量的密集波分复用光通讯系统（DWDM） 所使用的光放大器大多是分布式光纤拉曼放大器，这不仅可以充分利用光纤资源，降低成本，而且可以降低增益介质中的光密度，以便减少由于非线性效应产生的四波混频、信道间串扰所引起的系统性能劣化。但拉曼放大器的增益较低（实际线路中使用时不超过16dB），而EDFA虽然噪声指数上不如拉曼放大器，但小信号增益可以超过30dB，因此将拉曼放大器与EDFA结合起来的混合放大器是一种理想的应用形式。

由980nm泵浦的EDFA进行C波段的放大，由1497nm拉曼泵浦源负责L波段的放大。其增益谱线由于叠加在1535（EDFA产生）、1560（叠加产生）和1600nm（拉曼放大产生）附近出现3个增益峰值，大小为1.5~2dB而在1540和1560附近出现两个0dB左右的谷底。采用GFF后将所有信号增益控制在0dB左右，这样实现了80nm带宽、256×10Gbit/s×11000km的传输。