光纖拉曼放大器,什么是光纖拉曼放大器
隨著通信業(yè)務(wù)需求的飛速增長,對光纖傳輸系統(tǒng)的容量和無中繼傳輸距離的要求越來越高。密集波分復用(DWDM)通信系統(tǒng)的速率和帶寬不斷提升,以10Gbit/s甚至更高速率為基礎(chǔ)的密集波分復用系統(tǒng)必然成為主流的光傳輸系統(tǒng)。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)不能完全滿足光通信系統(tǒng)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(qū)、溫度穩(wěn)定性好以及放大器自發(fā)輻射噪聲低等優(yōu)點,光纖拉曼放大器是唯一能在1292~1660nm的光譜上進行放大的器件。并且,拉曼散射效應在所有類型的光纖上都存在,與各類光纖系統(tǒng)具有良好的兼容性,包括已鋪設(shè)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(diào)制碼型和向前糾錯技術(shù)被稱為現(xiàn)代大容量、長距離光纖傳輸?shù)乃拇箨P(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與原子中的電子激發(fā)、分子中的振動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(xiàn)為處于泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)的弱信號與強泵浦光波同時在光纖中傳輸,從而使弱信號光即得到放大。其工作原理示意圖如下:
RFA 中一個入射泵浦光子通過光纖非線性散射轉(zhuǎn)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(光學聲子) 的形式吸收,完成振動態(tài)之間的躍遷。斯托克斯頻移Vr=Vp-Vs由分子振動能級決定,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)石英光纖來說,其分子振動能級融合在一起,形成了一條能帶,因而可在較寬頻差Vp-Vs范圍(40THz)內(nèi)通過SRS實現(xiàn)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(nèi)任一波長的信號進行放大,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),此特點使光纖拉曼放大器可以對光信號的放大構(gòu)成分布式放大,實現(xiàn)長距離的無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合;
(3)可以通過調(diào)整各個泵浦的功率來動態(tài)調(diào)整信號增益平坦度;
(4)具有較低的等效噪聲指數(shù),此特點使其與常規(guī)的摻鉺光纖放大器混合使用時可大大降低系統(tǒng)噪聲指數(shù)。
(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高速、大容量光纖通信系統(tǒng)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
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