拉曼光纤放大器原理和性能分析与进展.doc

《拉曼光纤放大器原理和性能分析与进展.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、前言：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）由于其增益平坦性等局限性，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

2、设和新建的各种光纤链路。拉曼现象早在1928年就被ChandrasekharaRaman所发现，在此之后就有人提出了利用这种效应来实现光的放大。但在很长时间内拉曼光纤放大器未能获得广泛应用，甚至在EDFA出现后一度销声匿迹，关键原因在于缺乏合适的大功率泵浦激光器。由于EDFA的广泛应用，它所用的1480nm大功率泵浦激光器得到了深入的研究和开发，这就使拉曼放大器成为可能。总体上说解决RFA泵浦源共有3个解决方案：一是大功率LD及其组合，其特点是工作稳定、与光纤耦合效率高、体积小、易集成，是最佳的选择；二是拉曼光纤激光器；三是半导体泵浦固体激光器。但后二者都存在稳定性及与光纤耦

3、合的问题。受激拉曼散射原理：在一些非线性介质中，高能量（高频率）的泵浦光散射，将一部分能量转移给另一频率的光束上，频率的下移量是分子的振动模式决定的。用量子力学可以作如下解释：一个高能量的泵浦光子入射到介质中，被一个分子吸收。电子先从基态跃迁至虚能级，虚能级的大小是由泵浦光的能量决定的。然后，虚能级电子在信号光的感应作用下，回到振动态的高能级，同时发出一个和信号光相同频率，相同相位，相同方向的光，我们称之为斯托克斯光子。从而进行信号光的放大。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

4、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。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。除了上述优点以外，拉曼光纤放大器也存在一些缺点，比如：所需的泵浦光功率高，分立式要几瓦到几十瓦，分布式要几百毫瓦；作用距离长，分布式作用距离要几十至上百千米，只适合

5、于长途干线网的低噪声放大；泵浦效率低，一般为（10～20）%；增益不高，一般低于15dB；高功率泵浦输出很难精确控制；增益具有偏振相关特性；信道之间发生能量交换,引起串音。拉曼光纤放大器主要应用（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。开辟新的传输窗口是增加信道复用数的途径，拉曼光纤放大器的全波段放大恰好满足要求。分布式拉曼光纤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，提高传输容量。（2）拓展频谱利用率和提高传输系统速率。拉曼光纤大器的全波段放大特性使得它可以工作在光纤整个低损耗区，极大地拓展了频谱利用率，提高了传输系统速

6、率。分布式拉曼光纤放大器是将现有系统的传输速率升级到40Gbit/s的关键器件之一。拉曼光纤放大器已广泛应用于光纤传输系统中，特别是超长跨距的光纤传输系统，如跨海光缆，陆地长距离光纤干线等。（3）增加无中继传输距离。无中继传输距离主要是由光传输系统信噪比决定的，分布式拉曼光纤放大器的等效噪声指数极低（-2～0dB），比EDFA的噪声指数低4.5dB，利用分布式拉曼光纤放大器作前置放大器可明显增大无中继传输距离。（4）补偿色散补偿光纤（DCF）的损耗。DCF的损耗系数远比单模光纤和非零色散位移光纤要大，比拉曼增益系数也要大。采用DCF与拉曼光纤放大器相结合的方式，既可以进行色散

7、和损耗的补偿，同时还可以提高信噪比。（5）通信系统升级。在接收机性能不变的前提下，如果增加系统的传输速率，要保证接收端的误码率不变，就必须增加接收端的信噪比。采用与前置放大器相配合的拉曼光纤放大器来提高信噪比，是实现系统升级的方法之一。拉曼光纤放大器由于具有全波段放大、低噪声、可以抑制非线性效应和能进行色散补偿等优点，近年引起人们广泛关注，现已逐步走向商用。拉曼光纤放大器主要用做分布式放大器，辅助EDFA进行信号放大，也可以单独使用，放大EDFA不能放大的波段，同时克服了EDFA级联噪声大及放大带宽有限