掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较
简述光放大器的分类
简述光放大器的分类光放大器是一种能将输入的光信号放大的器件，常用于光通信、光传感和光储存等领域。
根据工作原理和材料特性的不同，光放大器可以分为几类。
一、掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，简称EDFA）是一种广泛应用于光通信系统的光放大器。
它是利用掺铒光纤中的铒离子实现光信号的放大。
当外界光信号通过掺铒光纤时，铒离子会吸收光信号的能量并将其转化为铒离子的激发态能级。
然后，光信号经过受激辐射的过程，产生与输入信号频率相同的放大信号。
掺铒光纤放大器具有较宽的放大带宽和较高的增益，适用于长距离、高速、大容量的光通信系统。
二、掺铒光纤拉曼放大器掺铒光纤拉曼放大器（Erbium-Doped Fiber Raman Amplifier，简称EDFRA）是一种利用拉曼散射效应实现光信号放大的器件。
它通过将输入的光信号与掺铒光纤中的光子相互作用，产生拉曼散射效应，从而实现光信号的放大。
掺铒光纤拉曼放大器具有宽波长范围和较低的噪声指数，适用于光通信系统中的波分复用和波分多址技术。
三、掺铥光纤放大器掺铥光纤放大器（Thulium-Doped Fiber Amplifier，简称TDFA）是一种利用掺铥光纤中的铥离子实现光信号放大的器件。
掺铥光纤放大器工作于1.45μm至1.6μm波长范围，适用于光通信系统的长距离传输和中远距离无线信号传输。
四、掺镱光纤放大器掺镱光纤放大器（Ytterbium-Doped Fiber Amplifier，简称YDFA）是一种利用掺镱光纤中的镱离子实现光信号放大的器件。
掺镱光纤放大器工作于1μm波长范围，具有高增益、高饱和输出功率和高效率的特点，适用于光通信系统中的光纤放大和激光器的增益模式锁定。
五、半导体光放大器半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier，简称SOA）是一种利用半导体材料中的激子效应实现光信号放大的器件。
试说明edfa具有哪些优缺点
试说明EDFA具有哪些优缺点引言： EDFA（掺铒光纤放大器）是一种非线性光纤放大器，是光纤通信系统中使用最广泛的一种光纤放大器之一。
它通过掺铒光纤吸收输入的光信号并利用泵浦光的能量增益输出信号。
本文将对EDFA的优点和缺点进行详细说明。
EDFA的优点1. 高增益： EDFA具有高增益特性，可以提供较大的信号增益，从而有效地弥补光信号在传输过程中的衰减损耗，使得信号传输更加可靠稳定。
2. 宽增益带宽：相比其他光纤放大器，EDFA具有较宽的增益带宽，可以放大多个波长的信号，这使得它在光纤通信中能够同时放大多路波长的信号，提高了传输效率。
3. 高饱和输出功率： EDFA的饱和输出功率比较高，可以实现高功率输出，适用于长距离传输和复杂网络拓扑结构。
4. 无需光电转换： EDFA可以直接放大光信号，避免了信号在放大前需要光电转换的过程，减少了传输系统中的中间环节，提高了传输效率。
EDFA的缺点1. 噪声特性：由于EDFA本身会引入信号噪声，尤其是在高增益情况下，会导致信噪比下降，影响信号质量，需要通过其他方式降低噪声影响。
2. 成本较高：相比于其他光纤放大器，EDFA的制造和维护成本较高，尤其是在高功率和高精度要求下，会增加系统建设和运营的成本。
3. 受泵浦波长限制： EDFA的增益特性受泵浦波长的选择影响较大，不同泵浦波长对增益带宽、增益峰值等参数有影响，需要根据具体系统要求选择适当的泵浦波长。
4. 功耗较高： EDFA在工作过程中会消耗大量能量，特别是在高功率输出的情况下，会导致系统整体功耗较高，影响能源利用效率。
结论综合来看，EDFA作为一种光纤放大器，在光通信系统中具有诸多优点，如高增益、宽增益带宽、高输出功率等，可以提高通信系统性能。
但同时也存在一些缺点，如噪声特性、成本较高、泵浦波长限制和功耗较高等，需要在实际应用中综合考虑。
通过科学的应用和技术改进，可以最大限度地发挥EDFA的优点，同时克服其缺点，使其更好地服务于光通信领域的发展。
掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较
掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较摘要：光放大器技术是新一代光纤通信系统中一项必不可少的关键技术，目前几种主要的光放大器技术在工程应用中各有所长。
此文介绍了光放大器技术的基本原理，并对现有主要几种光放大器技术在性能、应用和发展方向上进行了比较。
关键词：掺铒光纤放大器；光纤拉曼放大器0、综述20世纪90年代以来，Internet的普及发展和各种信息(如语音、图像、数据等)业务的快速增长，人们对现代通信系统提出了更高的要求。
在市场需求的大力推动下，通信技术取得了长足的进步，其中光纤通信技术脱颖而出，以其高速优质的特点，一跃成为当今长距离、大容量传输干线的主流技术。
但由于光纤损耗和非线性的影响，无中继传输距离成为制约系统容量和速率的瓶颈，而中继放大技术成了光通信领域的关键技术之一。
传输系统中的光纤损耗使信号随传输距离呈指数衰减，极大地限制了通信传输跨距和网络的可扩展性，因此必须在通信线路上设置中继器对信号进行再生放大。
在光放大器没有出现之前，光纤传输系统普遍采用光－电－光(OEO)的混合中继器，但这种中继方式存在“电子瓶颈”现象，在很大程度上限制了传输速率的提高，而且价格昂贵、结构复杂。
20世纪80年代出现的光放大器技术具有对光信号进行实时、在线、宽带、高增益、低噪声、低功耗以及波长、速率和调制方式透明的直接放大功能，是新一代光纤通信系统中不可缺少的关键技术。
此技术既解决了衰减对光网络传输距离的限制，又开创了1550nm波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑（1）。
又由于此技术与调制形式和比特率无关，因而在光纤通信系统中得到了广泛应用。
1、光放大器分类及原理光放大器(OA)一般由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成，其作用就是对复用后的光信号进行光放大，以延长无中继系统或无再生系统的光缆传输距离。
拉曼光纤放大器原理和性能分析与进展
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，包括已铺设和新建的各种光纤链路。
拉曼现象早在1928年就被Chandrasekhara Raman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。
211081260_超长距光路子系统拉曼技术应用研究
I G I T C W48DIGITCW2023.031 超长距光放大器配置技术长期以来，超长距传输系统因为在传输链路中间增加有源器件困难重重，因此传输距离受到很大限制。
光放大器作为超长距传输系统的核心技术，一直是研究的重点，最为常用的放大器技术主要有遥泵放大器、拉曼放大器和掺铒光纤放大器[1]。
各技术主要内容介绍如下。
1.1 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器（EDFA ）是一种在信号通过的纤芯中掺入了铒离子的光信号放大器。
目前，发展最为成熟的光放大器就是这种掺铒光纤放大器他能够放大（1530～1565 nm ）该放大器工作在C 波段，具有多路放大、高增益以及低噪声等优点，但其不足是C 波段仅占光纤低损耗频谱的一小部分。
为此，人们针对L 波段（1570～1620 nm ）研发了专门的EDFA 放大器。
1.2 遥泵放大器从组成和原理上来说，遥泵放大器与EDFA 基本一致。
二者的区别在于遥泵放大器的远程增益单元（RGU ）与泵浦源没有集成在一起，分别在传输链路的接收端与发送端进行配置，这一设置使得遥泵放大器具有动态性能。
从结构上来说，遥泵放大器将一段掺铒光纤接入到EDFA 系统的传输链路中，从传输端或接收端将泵浦光送入光纤。
影响遥泵放大器性能的主要参数包括RGU 入射泵浦光功率、RGU 中掺铒光纤长度和RGU 配置距离[2]。
1.3 拉曼放大器拉曼放大器的放大介质是光纤，短波长泵浦光的能量经受激拉曼散射（SRS ）效应转化为长波长信号光的能量，从而放大信号光。
光泵浦源决定了拉曼放大器放大的光谱范围，从理论上来说，只要泵浦源具备合适的波长，拉曼放大器增益频谱范围就可以极宽，实现任意波长的信号光放大。
此外，增益高、频谱范围宽、温度稳定性好、光纤兼容性好、噪声指数低等都属于拉曼放大器的优点，它是一种比较理想的可用于长距离光传输的光放大器[3]。
随着超长距光纤传输链路，在电力通信与海底通信领域的广泛应用，传统EDFA 级联解决方案作为超长距传输放大器的重要组成部分，将提升单通道信号光功率的重点放在提升放大器总增益上，已无法满足沿线放大的要求。
EDFA介绍
• 光耦合器有合波信号光与泵浦光的作用，也称光合波器和 波分复用器。是EDFA必不可少的组成部分，它将绝大多 数的信号光与泵浦光合路于EDF 中。主要有两种形式： 980nm/1550nm 或1480nm/1550nm，一般为光纤熔锥型。 要求在上述波长附近插入损耗都小，耦合效率高，耦合频 带具有一定的宽度且耦合效率平坦，对偏振不敏感稳定性 好！
信 号 光 耦 合 器 光隔 离器 光隔 离器 光滤 波器 输 出 光
掺铒 光纤 泵 浦 光摘自图片掺铒光纤(EDF)（一）
EDF 是放大器的主体，纤芯中掺有铒元素（Er）。掺有Er3+的石英光纤 具有激光增益特性，铒光纤的光谱性质主要由铒离子和光纤基质决定，铒离 子起主导作用，掺Er3+浓度及在纤芯中的分布等对EDFA 的特性有很大影响。
ＥＤＦＡ的缺点
������ 掺铒光纤放大器的主要优点 • 1) 增益波长范围固定：Er离子的能级之间的能级差决定了EDFA的工作 波长范围是固定的，只能在1550nm窗口。这也是掺稀土离子光纤放大 器的局限性，又例如，掺镨光纤放大器只能工作在1310nm窗口。 • 2) 增益带宽不平坦：EDFA的增益带宽很宽，但EFDA本身的增益谱不 平坦。在WDM系统中应用时必须采取特殊的技术使其增益平坦。 • 3) 光浪涌问题：采用EDFA可使输入光功率迅速增大，但由于EDFA的 动态增益变化较慢，在输入信号能量跳变的瞬间，将产生光浪涌，即输 出光功率出现尖峰，尤其是当EDFA级联时，光浪涌现象更为明显。峰 值光功率可以达到几瓦，有可能造成O/E变换器和光连接器端面的损坏
光隔离器(ISO)（一）
• 光隔离器是一种单向光传输器件，对EDFA 工作稳定性至关重要。通 常光反射会干扰器件的正常输出，产生诸如强度涨落、频率漂移和噪 声增加等不利影响。提高EDFA 稳定性的最有效的方法是进行光隔离。 在输入端加光隔离器消除因放大的自发辐射反向传播可能引起的干扰， 输出端保护器件免受来自下段可能的逆向反射。同时输入和输出端插 入光隔离器也为了防止连接点上反射引起激光振荡，抑制光路中的反 射光返回光源侧，从而既保护了光源又使系统工作稳定。要求隔离度 在40dB 以上，插入损耗低，与偏振无关。
拉曼光纤激光放大器简介
拉曼光纤激光放大器简介一、引言光纤激光放大器根据增益介质的不同可分为两类：一类采用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素（Nd，Sm，Ho，Er，Pr，Tm和Yb等）的光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大，如半导体激光放大器（SOA）和掺杂光纤放大器；另一类基于光纤的非线性效应实现光的放大，典型的为拉曼光纤激光放大器和布里渊光纤激光放大器。
目前技术上较为成熟的掺铒光纤放大器（EDFA）取代传统的光-电-光中继方式，实现了一根光纤中多路光信号的同时放大，大大降低了光中继的成本；同时可与传输光纤实现良好的耦合，具有高增益低噪声等优点。
因此成功地应用于波分复用(WDM)光通信系统，极大地增加了光纤中可传输的信息的容量和传输距离。
然而，EDFA尚存在诸多不足制处：首先是对于有效利用单模光纤低损耗区的巨大带宽资源而言，明显存在着工作波段和带宽的局限性。
其次是自发辐射噪声的影响，尤其是当系统级联时，自发辐射噪声的影响会大大降低系统接收机端的信噪比。
另外是EDFA的带宽总是有限的，全波段的EDFA带宽最多也就在80~100nm。
并且EDFA作为一种有源器件对于光网络和系统的建设和维护来说其费用都会非常高。
随着计算机网络及其它新的数据传输业务的迅猛发展，长距离光纤传输系统对通信容量和系统扩展的需求日益膨胀。
如何提高光纤传输系统容量、增加无电再生中继的传输距离，已经成为光纤通信领域研究的热点。
因此，拉曼光纤放大器逐渐引起人们的重视，在2001年的OFC上不乏有关拉曼光纤放大器的报导。
展会上推出关于拉曼光纤放大器的厂商也逐渐多了起来，拉曼光纤激光器也逐渐成为光通信领域中的新的热点。
虽然拉曼光纤激光器距离真正商用化还有一段距离，尤其是在国内，但适时推出拉曼光纤放大器不乏成为公司技术实力的一个象征。
二、发展历史拉曼光纤放大器的原理是基于光纤中的非线性效应：受激拉曼散射（SRS）。
拉曼现象早在1928年就被Chandrasekhara Raman爵士所发现。
拉曼光纤放大器
拉曼光纤放大器学号：11007990831 姓名：杨帆摘要:拉曼光纤放大器因其特有的在线、宽带、低噪声等特点而越来越被人们关注,是一种非常适合下一代超大容量、超长距离密集波分复用系统(DWDM)的光纤放大器。
介绍拉曼光纤放大器的原理,分析拉曼光纤放大器应用和最新进展,并探讨拉曼光纤放大器研究两个方面。
关键词:光纤放大器;受激拉曼散射;研究进展引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，包括已铺设和新建的各种光纤链路。
拉曼现象早在1928年就被Chandrasekhara Raman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。
拉曼光纤放大器原理拉曼光纤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。
其工作原理示意如图1所示。
泵浦光子入射到光纤,光纤中电子受激并从基态跃迁到虚能级,然后处在虚能级的电子在信号光的感应下回到振动态高能级,同时发出一种和信号光相同频率、相同相位、相同方向的低频的斯托克斯光子,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。
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掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较摘要：光放大器技术是新一代光纤通信系统中一项必不可少的关键技术，目前几种主要的光放大器技术在工程应用中各有所长。
此文介绍了光放大器技术的基本原理，并对现有主要几种光放大器技术在性能、应用和发展方向上进行了比较。
关键词：掺铒光纤放大器；光纤拉曼放大器0、综述20世纪90年代以来，Internet的普及发展和各种信息(如语音、图像、数据等)业务的快速增长，人们对现代通信系统提出了更高的要求。
在市场需求的大力推动下，通信技术取得了长足的进步，其中光纤通信技术脱颖而出，以其高速优质的特点，一跃成为当今长距离、大容量传输干线的主流技术。
但由于光纤损耗和非线性的影响，无中继传输距离成为制约系统容量和速率的瓶颈，而中继放大技术成了光通信领域的关键技术之一。
传输系统中的光纤损耗使信号随传输距离呈指数衰减，极大地限制了通信传输跨距和网络的可扩展性，因此必须在通信线路上设置中继器对信号进行再生放大。
在光放大器没有出现之前，光纤传输系统普遍采用光－电－光(OEO)的混合中继器，但这种中继方式存在“电子瓶颈”现象，在很大程度上限制了传输速率的提高，而且价格昂贵、结构复杂。
20世纪80年代出现的光放大器技术具有对光信号进行实时、在线、宽带、高增益、低噪声、低功耗以及波长、速率和调制方式透明的直接放大功能，是新一代光纤通信系统中不可缺少的关键技术。
此技术既解决了衰减对光网络传输距离的限制，又开创了1550nm波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑（1）。
又由于此技术与调制形式和比特率无关，因而在光纤通信系统中得到了广泛应用。
1、光放大器分类及原理光放大器(OA)一般由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成，其作用就是对复用后的光信号进行光放大，以延长无中继系统或无再生系统的光缆传输距离。
一个好的光放大器应具有输出功率高、放大带宽宽、噪声系数低、增益谱平坦等特性。
光放大器主要分为光纤型放大器（FA）和半导体放大器（SOA）两大类，其中光纤型放大器（FA）还可再分为掺稀土光纤放大器和常规光纤放大器，具体分类详见图1（2）.本文中，仅对掺铒光纤放大器(EDFA)和光纤拉曼放大器(FRA)作以介绍和分析。
图1 光放大器的分类1、1掺铒光纤放大器（EDFA）的原理掺铒放大器的工作机理基于受激辐射，这里首先讨论激活介质掺饵石英的能级图，如图2所示。
掺铒光纤中的饵离子（Er3+）所处的能量状态是不能连续取值的，它只能处在一系列分立的能量状态上，这些能量状态称为能级，掺饵石英的能级图用3个能级表示。
图2 石英光纤中饵离子的能级饵离子从能级2到能级1的跃迁产生的受激辐射光，其波长范围为1500~1600nm，这是掺铒光纤放大器能得到广泛应用的原因。
当供给激光媒体能量使其处于激励状态时，即会产生光的受激辐射现象，如果能满足使受激辐射持续进行的条件，并用输入光去感应，则能得到比其强的输出光，从而起到放大作用。
为了实现受激辐射，需要产生能级2与能级1之间的粒子数反转，既需要泵浦源将饵离子从能级1激发到能级2。
有两种波长的泵浦源可以满足要求，一种是980nm波长的泵浦源。
在这种情况下，饵离子受激不断的从能级1转移到能级3上，在能级3上停留很短的时间（生存期），约1us，然后无辐射的落到能级2上。
由于饵离子在能级2上的生存期约为10ms，所以能级2上的饵离子不断累积，形成了能级1、2之间的粒子数反转。
在输入光子（信号光）的激励下，饵离子从能级2跃迁到能级1上，这种受激跃迁将伴随着与输入光子具有相同波长、方向和相位的受激辐射，使得信号光得到了有效的放大。
另一种是1480nm波长的泵浦源，它可以直接将饵离子从能级1激发到能级2上去，实现粒子数反转。
掺饵光纤放大器（EDFA）是利用掺饵（Er3+）光纤作为增益介质、使用激光器二极管发出的泵浦光对信号光进行放大的器件。
图3给出了掺饵光纤放大器的结构。
图3 掺铒光纤放大器的典型结构掺饵光纤是掺铒光纤放大器（EDFA）的核心部件。
它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺入固体激光工作物质——饵离子。
在几米至几十米的掺饵光纤内，光与物质相互作用而被放大、增强。
光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起，一般采用波分复用器实现。
光隔离器的作用是抑制光反射，以确保光放大器工作稳定，它必须是插入损耗低，与偏振无关，隔离度优于40dB。
光滤波器的作用是降低自发辐射产生的噪声对系统的影响（3）。
1、2拉曼光纤放大器（RFA）原理拉曼光纤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。
其工作原理示意如图4所示。
泵浦光子入射到光纤,光纤中电子受激并从基态跃迁到虚能级,然后处在虚能级的电子在信号光的感应下回到振动态高能级,同时发出一种和信号光相同频率、相同相位、相同方向的低频的斯托克斯光子,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γr=γp-γs由分子振动能级决定,其值决定了受激拉曼散射的频率范围,其中γp是泵浦光的频率,γs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γpγs范围(40THz)内通过SRS实现信号光的放大（4）。
图4 拉曼光纤放大器工作原理示意图用激光器产生的泵浦光经光隔离器(工50)耦合到波分复用器，并与信号光一起通过波分复用器(WDM)耦合到一段光纤中，在这段光纤内利用受激拉曼散射效应使泵浦光能量向信号光转移，从而信号光得到放大。
如图5所示（5）。
图5 受激拉曼光纤放大器的基本结构受激拉曼光纤放大器的泵浦方式有前向泵浦、后向泵浦及前后同时泵浦三种方式。
泵浦光可以是连续的，也可以是脉冲式的。
当泵浦功率较低时，前向泵浦和后向泵浦方式的拉曼增益一致。
在处于泵浦饱和区域时，这两种泵浦方式总的放大特征会有很大不同。
3、光放大器的技术比较及应用3、1掺铒光纤放大器优、缺点及应用掺铒光纤放大器的优点是: （1)通常工作在1530～1565nm光纤损耗最低的窗口;（2)增益高,在较宽的波段内提供平坦的增益,是WDM理想的光纤放大器;（3)噪声系数低,接近量子极限,各个信道间的串扰极小,可级联多个放大器;（4)放大频带宽,可同时放大多路波长信号;（5)放大特性与系统比特率和数据格式无关;（6)输出功率大,对偏振不敏感;（7)结构简单,与传输光纤易耦合。
缺点是:（1)在第3窗口以上的波长,光纤的弯曲损耗较大,而常规的掺铒光纤放大器不能提供足够的增益,增益带宽只有35nm,仅覆盖石英单模光纤低损耗窗口的一部分。
制约了光纤能够容纳的波长信道数;（2)不便于查找故障,泵浦源寿命不长;（3)存在基于泵浦源调制和光时域反射计(OTDR)的监测与控制技术问题,控制内容包括输出功率的控制和不同波长通道的增益均衡,EDFA的增益对100kHz以上的高频调制不敏感,对低于1kHz的调制,掺铒光纤放大器的输出信号会产生失真（6）。
在光纤通信系统中, 掺铒光纤放大器的应用有线路放大、功率放大、前置放大和局域网。
线路放大的最重要的应用就是作为线路放大器以提高系统的传输距离。
在长途通信线路, 掺铒光纤放大器用作中断放大有很大的优势。
在局域网(LAN) 光纤通信系统中, 需要用光放大器来补偿光合束器、光学路由器等光学元件的损耗。
在一个采用几个星形耦合和掺铒光纤放大器相结合的LAN 实验中, 实现了几乎无损耗的分配网。
掺铒光纤放大器有平坦增益谱、高饱和输出功率、低串音等优点在有线电视系统（CATV）中有广阔的用途。
掺铒光纤放大器工作在 1550nm 窗口。
该窗口光纤损耗系数较 1310nm 窗口低, 噪声低,增益曲线好、放大带宽大。
与波分复用(WDM) 系统兼容。
泵浦效率高。
工作性能稳定。
目前“掺铒光纤放大器 EDFA+密集波分复用 (WDM) +非零色散光纤(NI—DSF)+光子集成(PIC)”正成为国际长途高速光纤通信系统的主要技术方向（7）。
3、2拉曼光纤放大器的优、缺点及应用拉曼光纤放大器的优点及缺点包括:(1)增益波长由泵浦光波长决定,理论上可对光纤窗口内任一波长的信号进行放大,包括光纤的整个低损耗区(1 270~1 670 nm)。
(2)增益频谱比较宽,单波长泵浦可实现40 nm范围的有效增益,如果采用多个泵浦源,则可容易地实现宽带放大。
而EDFA由于能级跃迁机制所限,增益带宽最大只有100 nm左右。
(3)增益介质为传输光纤本身,因为放大是沿光纤分布而不是集中作用,光纤中各处的信号光功率都比较小,从而可降低非线性效应尤其是四波混频(FWM)效应的干扰,与EDFA相比优势相当明显。
(4)拉曼光纤放大器的噪声指数(NF)比EDFA要低。
二者配合使用,可以有效降低系统总噪声,提高系统的信噪比,从而延长无中继传输距离及总传输距离。
(5)拉曼光纤放大器的主要缺点是所需的泵浦光功率高,集总式要几瓦到几十瓦,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,只适合于长途干线网的低噪声放大。
拉曼光纤放大器的应用包括：（1）增大无中继传输距离。
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,为-2~0 dB,比EDFA的噪声指数低4.5 dB,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。
康宁公司通过实验和系统建模发现,2.5倍的延伸是有可能的。
在有线电视HFC网的建设中,特别是在城乡联网时,需要将前端光信号送到100 km外的分前端。
考虑到安全、维护及供电困难等因素,很多情况下,中途是不允许进行中继放大的。
从成本考虑,采用SDH系统是不可能的,采用模拟1 550 nm 系统是最好的选择。
要保证足够高的系统信噪比,普通模拟1 550 nm传输系统无中继传输距离一般不大于70 km。
如果采用分布式拉曼光纤放大器作接收前置放大器,能提高系统的信噪比,相应地也就增加了无中继传输距离。
根据理论计算及实际经验,采用DRA作前置放大能使模拟1 550 nm系统无中继传输距离增加到120 km左右。
图6为实现方案框图。
图6 实现方案框图（2）提升光纤的复用程度和光网络的传输容量。
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和传输容量。
从数值模拟可以得到,原始设计为10 Gbit/s,信道间隔为100 GHz的系统,采用拉曼光纤放大器可被升级到信道间隔为50 GHz而无需任何附加代价。