光纤拉曼放大技术
拉曼光纤放大器原理
拉曼光纤放大器原理拉曼光纤放大器（Raman Fiber Amplifier）是一种基于拉曼散射效应的光纤放大器。
它利用拉曼散射的原理，在光纤中实现光信号的增强。
拉曼散射是一种非线性光学现象，其基本原理是光与光子之间的相互作用。
当光传播在光纤中时，光子与介质中的分子或晶格振动发生耦合，从而使光子的能量转移到介质中的振动模式上。
如果光子能量与介质振动模式的能量相匹配，就会发生拉曼散射。
拉曼散射分为受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）和自发拉曼散射（Spontaneous Raman Scattering, SBS）。
受激拉曼散射是指激发光和散射光的频率差等于介质的拉曼频移，而自发拉曼散射是指光子与介质中分子或振动模式发生相互作用，从而形成散射光。
拉曼光纤放大器的工作原理是利用拉曼散射中的受激拉曼散射效应。
当信号光（输入光）和泵浦光同时注入光纤中时，泵浦光的能量被转移到信号光上，从而使信号光的功率增大。
具体而言，当泵浦光与信号光频率差等于光纤中介质的拉曼频移时，就会发生受激拉曼散射。
泵浦光的能量转移到信号光上，使其增强。
拉曼光纤放大器的放大过程可以通过几个关键参数进行描述。
首先是增益带宽，它表示在特定的频率范围内，信号光能够得到明显的增益。
增益带宽取决于光纤的材料和波长。
其次是增益平坦度，它衡量信号光在增益带宽内的增益是否均匀。
增益平坦度对于传输多个波长的光信号非常重要。
最后是增益峰值，它表示在增益带宽内，信号光获得的最大增益。
增益峰值取决于泵浦光的功率和波长。
与其他光纤放大器相比，拉曼光纤放大器具有几个优点。
首先，它可以实现宽增益带宽和高增益峰值，适用于传输多个波长的光信号。
其次，它具有很高的稳定性和可靠性。
由于拉曼增益是通过光与介质相互作用实现的，不需要激光器或半导体放大器，因此拉曼光纤放大器具有长寿命和低功率损耗。
然而，拉曼光纤放大器也存在一些限制。
光纤拉曼放大技术
在这方面应用高功率光纤激光器作为抽
运源显示出了明显的优势。虽然用波长 合适的半导体激光器可以直接抽运光纤 拉曼放大器，但能发射光纤拉曼放大所 需关键抽运波长的半导体激光器种类非 常有限，目前主要是~1.4μ ｍ的LD，而 且LD通常受到其固有特性的限制，输出 功率也较低，无法满足远距离大容量通 讯，特别是跨洋通讯光缆等拉曼放大的 要求。
我国在“十五”863计划中明确提出研制
宽带光纤拉曼放大器，要求在2003年11 月底前掌握波分服用（WDM）超长距离 光传输的系统技术，研制出宽带拉曼光 纤放大器。
宽带拉曼光纤放大器对抽运源 的要求主要有以下几点：
（1）要有较高的输出功率，对于分立式放大
器抽运功率要达到1W左右，分布式放大器的 抽运功率也需200mW以上； （2）要有合适的输出波长，抽运波长的选取 主要依据所需拉曼增益谱的中心波长而定。对 于石英光纤，拉曼增益峰的抽运光与信号光频 移约13.2THz（110nm），同时为了得到宽带、 平坦的增益曲线，通常也需采用多波长抽运。 为了使系统更简化，也希望实现一台抽运源能 提供多波长的高功率抽运，同时要求输出波长 稳定。为了抑制受激布里渊散射，各个抽运源 的线宽要大于1nm；
这种放大器及其相关产品的研发快速发展，如
Lucent公司利用拉曼放大和EDFA混合放大器 传输1.6Tbit/s（40×40Gbit/s）信号达400km， Alcated 公 司 利 用 拉 曼 放 大 器 获 得 了 32×190Gbit/s信号传输450km无中继；Masuda 等利用多波长抽运和多级放大，在1.55μ ｍ附 近获得132nm透明增益带宽；Suzuki等利用多 波长分布式光纤拉曼放大器将信道间隔为 50GHz、32×10 Gbit/s的DWDM信号传输了 640km。
拉曼光纤放大器
拉曼光纤放⼤器⼀拉曼光纤放⼤器1．拉曼光纤放⼤器出现的背景随着光纤通信技术的进⼀步发展，通信波段由C带（1528-1562nm）向L带（1570-1610nm）和S带（1485-1520nm）扩展。
由于光纤制造技术的发展，可消除在1.37µm附近的损耗⾼峰，因此通信波段有望扩展到从1.2µm-1.7µm的宽⼴范围内。
掺铒光纤放⼤器（EDFA）⽆法满⾜这样的波长范围，⽽拉曼光纤放⼤器却正好可以在此处发挥巨⼤作⽤。
另外拉曼放⼤器因其分布式放⼤特点，不仅能够减弱光纤⾮线性的影响，还能够抑制信噪⽐的劣化，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。
随着⾼功率⼆极管泵浦激光器和光纤光栅技术的发展，泵浦源问题也得到了较好的解决。
拉曼光纤放⼤器逐渐引起了⼈们的重视，并逐渐在光放⼤器领域占据重要地位，成为光通信领域中的新热点。
2．拉曼光纤放⼤器的⼯作原理受激拉曼散射（SRS）是电磁场与介质相互作⽤的结果。
才能过经典⼒学⾓度解释拉曼散射为：介质分⼦或原⼦在电磁场的策动下做受迫共振，由于介质分⼦具有固有的振荡频率，所以在受迫共振下界将出现频率为策动频率与固有频率的和频和差频振荡，分别对应着反斯v是电磁场的振荡频率，v 是介质分⼦固托克斯分量和斯托克斯分量，如图1所⽰，其中有的振荡频率。
图1 经典拉曼振动谱经典理论⽆法解释反斯托克斯线⽐斯托克斯线的强度弱⼏个数量级且总是先于反斯托克斯线出现的实验结果。
从量⼦⼒学的⾓度能够解释受激拉曼散射。
介质中的分⼦和原⼦在其平衡位置附近振动，将量⼦化的分⼦振动称为声⼦。
⾃发拉曼散射是⼊射光⼦与热声⼦相碰撞的结果。
受激声⼦是在⾃发拉曼散射过程中产⽣的，当⼊射光⼦与这个新添的受激声⼦再次发⽣碰撞时，则再产⽣⼀个斯托克斯光⼦的同时⼜增添⼀个受激声⼦，如此继续下去，便形成⼀个产⽣受激声⼦的雪崩过程。
产⽣受激声⼦过程的关键在于要有⾜够多的⼊射光⼦。
光纤拉曼放大器的应用
FRA的基本原理 FRA的基本原理
光纤中拉曼声子频率为：
∆ν =13.2 ×1012 Hz
斯托克斯拉曼光子：
hν S = hν P − h∆ν
反斯托克斯拉曼光子：
图1 光纤分子拉曼能级
hν AS = hν P + h∆ν
图2 光纤拉曼放大器原理图
I S ( L) GR = = exp( g R P0 Leff Aeff ) I S (0) exp(−α S L)
图3 信号光强沿光纤长度的分布
图4 初始光功率 0 dBm,满足光纤损耗的 功率预算时, 掺铒光纤放大器和前向拉曼 放大时的组合二阶失真与光纤链路长度 之间的关系曲线
由于系统链路长度越长, 满足 功率损耗预算要求的光放大增益 越高。 若采用掺铒光纤放大器, 则光 纤的入纤光功率为 16 dBm, 而采 用拉曼放大,则光入纤功率依然 为0 dBm。 图中结果表明了采用拉曼放大 将会大大改善组合二阶失真指标。 光纤长度超过60 km 的系统,采用 拉曼放大可以使组合二阶失真改 善10 dB 以上。
信噪比 低噪声
提升光纤复用程度和光网络的传输能量 拓展频谱利用率和提高传输系统速率
普通光纤的低损耗区间是1270~1670nm EDFA只能工作在1525~1625nm范围内 FRA可以全波长放大
FRA在CATV传输中的应用 FRA在CATV传输中的应用
有线电视（CATV） 有线电视（CATV）系统的组成
前端 干线传输 分配网络 用户单元
卫星接收的 电视节目信号 开路电视节 目信号 自办电视节 目信号
光发射机 光放大器 光纤 光分路器 衰减器 光连接器 光接收机 干线放大器
延长放大器 楼栋放大器 分支分配器
实用拉曼放大器的技术指标
拉曼光纤放大器的优化设计
分类号：O437 U D C：D10621-408-(2015)0922-0 密级：公开编号：2011031034成都信息工程大学学位论文拉曼光纤放大器的优化设计论文作者姓名：唐洪申请学位专业：电子科学与技术申请学位类别：工学学士指导教师姓名(职称)：何修军（副教授）论文提交日期：2015年05月26日拉曼光纤放大器的优化设计摘要拉曼光纤放大器(FRA)的工作原理是基于受激拉曼散射，是迄今为止唯一能在1270 nm到1670 nm的全波段上进行光放大的器件。
本文主要介绍了FRA的发展历史和现状，受激拉曼散射效应基本原理，以及拉曼光纤放大器的工作原理。
介绍了其系统构成，包括增益介质，泵浦源，无源器件，并且在其工作原理的基础上，对特性进行分析，包括增益，噪声，偏振相关性，温度等。
根据对基本理论的的理解，运用optisystem软件优化仿真，对于优化仿真，本论文中做到的是通过对拉曼光纤放大器的阵列泵浦波长，泵浦功率，光纤有效作用面积，光纤长度的优化，达到增益的最大值。
关键词：拉曼光纤放大器；受激拉曼散射效应；优化仿真；阵列泵浦Optimal Design of Raman Fiber AmplifierAbstractThe Raman fiber amplifier's working principle is based on the stimulated Raman scattering, which is the only device that can be optically amplified in the full band of 1670 nm to 1270 nm. This paper introduced the history and current situation of the FRA, the basic principle of Raman scattering, and the working principle of Raman fiber amplifier. And its system structure, including the gain medium, pump source and passive components are introduced.On the basis of the working principle, the paper analyses its characteristics, including the gain, noise, polarization dependence, temperature, etc.According to the basic theory of the understanding,it is used optisystem software to optimize simulation. For optimize simulation, the paper is done by array pump's wavelength, power, the fiber area, fiber length optimized in order to achieve maximum gain.Key words: Raman fiber amplifier; stimulated Raman scattering; optimization simulation; array pump目录论文总页数：27页1 引言 (1)2 概述 (1)2.1拉曼光纤放大器主要应用 (1)2.2拉曼光纤放大器的研究方向 (1)2.3拉曼光纤放大器的发展 (2)3 拉曼光纤放大器的原理 (2)3.1拉曼光纤放大器的组成 (2)3.2拉曼光纤放大器的分类 (4)3.3拉曼光纤放大器的原理 (5)3.3.1 受激拉曼散射 (5)3.3.2 拉曼光纤放大器的拉曼增益 (6)3.3.3 拉曼光纤放大器的拉曼阈值 (7)3.3.4 拉曼光纤放大器的特性 (8)4 拉曼光纤放大器的优化仿真 (10)4.1阵列泵浦模型的建立 (10)4.2对泵浦功率的优化 (12)4.3对泵浦波长的优化 (17)4.4对光纤有效作用面积的优化 (19)4.5对光纤长度的优化 (21)结论 (24)参考文献 (24)致谢 (26)声明 (27)1 引言光纤放大器是的原理在光纤的纤芯中掺入能产生光子的稀土元素,比如铒、镨、铥等，这样将泵浦发出的光能量通过耦合器等耦合到信号光上，对光信号进行直接放大，在现代通信系统中，成为不可缺少的关键器件[1]。
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。
光纤拉曼放大器
光纤拉曼放大器的发展在许多非线性光学介质中，高能量（波长较短）的泵浦光散射，将一小部分入射功率转移到另一频率下移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为拉曼效应。
量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵浦光产生称为斯托克斯波的频移光。
研究发现，石英光纤具备很宽的受激拉曼散射（SRS）增益谱，并在13THz附近有一较宽的主峰。
假如一个弱信号和一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。
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）由于其增益平坦及噪声等局限性，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。
光纤拉曼放大器与新型大有效面积传输光纤、高光谱效率调制码型和向前纠错技术被称为现代大容量、长距离光纤传输的四大关键技术。
拉曼光纤放大器的基本原理、特点和类型在许多非线性光学介质中，高能量（波长较短）的泵浦光散射，将一小部分入射功率转移到另一频率下移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为拉曼效应。
量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵浦光产生称为斯托克斯波的频移光。
简述光纤喇曼放大器的基本工作原理。
简述光纤喇曼放大器的基本工作原理。
光纤拉曼放大器（Raman Amplifier）是一种利用拉曼散射效应来实现信号放大的器件。
它在光纤通信系统中起到放大信号的作用，扩大了光信号的传输距离和传输容量。
光纤拉曼放大器的基本工作原理是利用光的拉曼散射效应实现信号放大。
当光信号通过光纤传输时，会发生光的拉曼散射现象。
光的拉曼散射是指光与介质中分子或晶格的相互作用，能量转移到介质中的分子或晶格上，使其产生振动。
这种振动引起了光子的频率和波长发生变化，从而产生拉曼散射光。
在光纤拉曼放大器中，利用输入信号的光子与光纤中的分子或晶格发生相互作用，通过拉曼散射现象将能量转移到光纤中的分子或晶格上，使其产生振动。
这些振动会使得原来的光子的频率和波长发生变化，从而产生了拉曼散射光。
拉曼散射光的波长通常比输入光信号的波长长或短一些。
光纤拉曼放大器利用拉曼散射光的波长差异来实现信号的放大。
具体来说，光纤拉曼放大器中有一段特殊的光纤，称为拉曼增益介质。
当输入信号通过这段拉曼增益介质时，会与其中的分子或晶格发生拉曼散射作用，产生拉曼散射光。
这些拉曼散射光与输入信号的波长有一定的差异。
光纤拉曼放大器通过控制拉曼增益介质的长度和光纤中的功率分布，使得拉曼散射光与输入信号的波长差异最小化。
这样，拉曼散射光就能够被有效地收集和放大，从而放大了输入信号。
通过不断对拉曼增益介质进行优化设计，可以实现更高的功率增益和更低的噪声。
光纤拉曼放大器具有很多优点。
首先，它可以对多个波长的光信号进行放大，适用于多波长复用光纤通信系统。
其次，光纤拉曼放大器具有较宽的增益带宽，可以支持更高的数据传输速率和更长的传输距离。
此外，光纤拉曼放大器还具有较低的噪声和较高的鲁棒性，可以提高系统的性能和可靠性。
光纤拉曼放大器通过利用光的拉曼散射效应来实现信号的放大，扩大了光信号的传输距离和传输容量。
它在光纤通信系统中有着重要的应用价值，为光纤通信技术的发展做出了重要贡献。
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保护层
外包层 内包层
纤芯
方形内包层双包层光纤横剖面
保护层 外包层 内包层 纤芯
图3-2d D形内包层双包层光纤横剖面
保护层 外包层 内包层
纤芯
星型内包层双包层光纤横剖面
保护层 外包层 内包层
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图3-2a 矩形内包层双包层光纤横剖面
光纤拉曼放大技术
一．拉曼放大原理
二．光纤拉曼放大器
三．高功率双包层光纤激光器 四．级联拉曼光纤激光器 五．光纤拉曼技术在WDM系统中的应用 六．结束语
一．拉曼放大原理
受激拉曼散射是一种非线性效应，它将
一部分入射光功率转移到频率比其低的 斯托克斯波上，如果一个弱信号波与一 强抽运光波同时在光纤中传输，并使弱 信号波长置于抽运光的拉曼增益带宽内， 弱信号光即可以得到放大。这种基于受 激拉曼散射机制的光放大器就称为光纤 拉曼放大器（FRA）。
2．发展概况
双包层光纤技术最早开始于20世纪80年代后期，
由美国麻省Polariod公司的Snitzer等人提出，此 后，基于这种技术光纤激光器获得了迅速发展， 输出功率得到逐步提高，由几百毫瓦上升到几 十瓦，并开始在光通讯、印刷、微加工等行业 中应用。1999年V.Dominic等人报道了他们的 输出功率高达110W的掺镱双包层光纤激光器。 日本的一个研究小组借助于双包层光纤激光器 包层抽运的思想，提出并实现了一种称为可以 为“任意形状”的光纤激光器，可望实现近千 瓦的连续激光输出。
双包层光纤激光器抽运的级联拉曼光纤
激光器已经可以获得拉曼光纤放大器所 需关键波长功率达1W左右的激光输出。
三．高功率双包层光纤激光器
光纤激光器同半导体激光器和大型激光
器相比，因具有结构简单、散热效果好、 转换效率高、低域值等优点而备受青睐。 但对于1μ ｍ左右的波长而言，典型的纤 芯直径为4μ ｍ，这一芯径远小于透镜聚 焦后高斯光束的光斑直径。由于抽运光 是直接耦合进直径低于10μ ｍ的纤芯， 这便限制了抽运光的入纤效率，也限制 了其应用范围。
3．光纤的内包层形状：
双包层光纤是高功率光纤激光器的核心，内包
层的横截面积、形状和数值孔径是限制吸收抽 运光功率的主要因素。为了获得高功率运转， 内包层的数值孔径应足够高，横截面积和纤芯 的比应足够大。最早提出和实现的是圆形内包 层，由于其完美的对成性，存在大量的螺旋光， 使得大量的光线在内包层的反射过程中永远也 不能到达纤芯，因而不可能有高的效率，所使 用的光纤又较长且有漏光现象。
这种放大器及其相关产品的研发快速发展，如
Lucent公司利用拉曼放大和EDFA混合放大器 传输1.6Tbit/s（40×40Gbit/s）信号达400km， Alcated 公 司 利 用 拉 曼 放 大 器 获 得 了 32×190Gbit/s信号传输450km无中继；Masuda 等利用多波长抽运和多级放大，在1.55μ ｍ附 近获得132nm透明增益带宽；Suzuki等利用多 波长分布式光纤拉曼放大器将信道间隔为 50GHz、32×10 Gbit/s的DWDM信号传输了 640km。
除了上述的端面抽运及通过光纤光栅作谐振腔
的工作方式外，还发展了在双包层光纤的内包 层光纤的内包层刻V型槽及采用耦合棱镜的侧 面抽运方式。这种抽运方式避免了在抽运端面 加波长选择耦合器（如双色片、波分复用器）， 从而可以使掺杂光纤方便地直接和其它光纤熔 接，并且可以在整个双包层光纤的长度上进行 多点抽运。但这种抽运方式对加工工艺（如刻 V型槽、机械抛光等）的要求非常高，一般不 用于连续的高功率双包层光纤激光器的抽运， 但在脉冲双包层光纤激光器，特别是双包层光 纤放大器这种抽运方式则显示了它的优越性。
二．光纤拉曼放大器
光纤放大器不但可对光信号直接放大，同时还
有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损 耗的全光放大功能，是新一代光纤通讯系统中 的关键器件。因为它不仅解决了衰减对光网络 传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了 1550nm频段的波分复用，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，可以说是光纤通信发展史上一 个划时代的里程碑。目前广泛使用的光纤放大 器主要是掺铒光纤激光器（EDFA）。目前 EDFA的技术开发和商品化最为成熟。
在这方面应用高功率光纤激光器作为抽
运源显示出了明显的优势。虽然用波长 合适的半导体激光器可以直接抽运光纤 拉曼放大器，但能发射光纤拉曼放大所 需关键抽运波长的半导体激光器种类非 常有限，目前主要是~1.4μ ｍ的LD，而 且LD通常受到其固有特性的限制，输出 功率也较低，无法满足远距离大容量通 讯，特别是跨洋通讯光缆等拉曼放大的 要求。
正是由于这一内包层，使得双包层光纤
激光器在保持常规光纤单模激光器近衍 射极限激光输出前提下，同时可以达到 高转化效率和高功率输出。一般来说， 内包层的尺寸都应大于100μ ｍ，经耦合 透镜聚焦后的焦斑为100μ ｍ左右的抽运 光就可以有效地耦合进单模光纤中；并 且内包层的数值孔径较大，一般大于0.4， 收集抽运光的能力强，可以保证抽运光 高效的耦合进入内包层被掺杂纤芯吸收。
但光纤拉曼放大器在实际应用中最关键
的是获得合适波长的高功率抽运源，这 也是以往限制光纤拉曼放大器实现远距 离大容量光通讯应用，并走向实用化的 主要原因。随着半导体激光器技术、特 种光纤技术的发展，特别是随着高功率 光纤激光器的研制成功，使光纤拉曼放 大器已成为实现超宽大容量远距离光通 讯的最佳选择。
1．基本原理
Snitzer等人巧妙的提出设计了双包层光
纤，其结构如图3所示。
内包层 光纤芯
保护层
激光输出
泵浦光
外包层
双包层光纤是一种具有特殊结构的光纤，它比
常规光纤增加了一个内包层（最早的内包层形 状为圆形），内包层的横向尺寸和数值孔径均 大于纤芯。纤芯中掺杂稀土元素（Yb，Nd， Er等）。由于内包层绕在单模纤芯的外围，抽 运光在内包层中内反射并多次穿越纤芯被掺杂 离子吸收，从而大大提高了抽运效率。内包层 的作用体现在两方面：一方面，内包层的折射 率大于纤芯折射率，可保证振荡激光在单模纤 芯中传播，使输出激光的模式好、光束质量高； 另一方面内包层的折射率又小于外包层的折射 率，即内包层构成抽运光的传播通道，通过合 理设计内包层形状和选择内包层材料，耦合进 内包层的抽运光可以高效地被掺杂纤芯吸收， 转化为激光。
5．抽运波长的选择
掺Yb光纤的吸收和发射谱带非常宽，有潜在的
从975 nm到1200 nm的发射谱段，特别是Yb宽 带增益弥补了其它激光光源1.1~1.2um处的空白。 非常宽的吸收谱带使抽运源的选择具有更多的 灵活性，可供选择的激光器有AlGaAs,InGaAs 半导体激光器，Nd:YAG 激光器和Nd:YLF激光 器等。特别是近年来半导体激光器生产工艺逐 渐成熟、价格降低而输出功率越来越高，为掺 Yb光纤激光器的大功率化提供了先决条件。石 英光纤中的Yb的两个较强吸收峰为915nm和 975nm，故而现在掺Yb双包层光纤激光器一般 选择抽运波长为915 nm和975 nm的高功率半导 体激光器而不再选用808 nm的半导体激光器。
近来国内南开大学、复旦大学、上海光机所等
单位也对双包层光纤激光器进行了理论和实践 研究，但激光器输出功能较小。最近，上海光 机所上海市光科技专项基金的资助下，开始了 实用化双包层光纤激光器的研制工作，并已获 得了功率为4.9W、波长为1110nm的连续激光 输出。我们目前正在进一步改进耦合方法，优 化实验系统，以期获得更高的激光功率输出， 并研制出可供实用的光纤激光器。
但由于EDFA受激放大机制的限制，仅能在铒
荧光线宽范围内得到增益，C波段增益带宽只 有40nm仅覆盖石英单模光纤低损耗窗口的一部 分，制约了光纤固有能够容纳的波长信道数。 而基于受激拉曼散射效应的光纤拉曼放大器， 由于独特的增益机理，非常适用于用作宽带放 大器，可在1200～1600nm光谱范围内进行放大， 近几年来成为人们研究的热点，并且已经有实 用化的光纤拉曼放大器投入市场。
光纤拉曼放大器有许多优点：
（1）增益介质为普通传输光纤，与光纤系统
具有良好的兼容性，可以在原有光纤基础上直 接扩容，减少投资； （2）增益波长由抽运光波长决定，不受其它 因素限制，理论上只要抽运源的波长适当，就 可以放大任意波长的信号光，而且可以多波长 抽运货运EDFA结合，得到宽带平坦增益放大； （3）利用光纤作为增益介质，可通过增加长 度降低对输入信号功率的要求，能获得的增益 高、窜扰少、噪声指数低、频谱范围宽、温度 稳定性好。
现在，可用于光通信领域的掺镱的双包层光纤
激光器国外已有产品出售，但也只有美国的 IPG Photonics ,JDS Uniphase 和SDL以及俄罗斯 的IRE POLUS 等几家公司，它们所用的是长度 大都是50m（或20m）的石英基双包层光纤。 美国IPG公司已经可以提供5~20W、光束质量 因子小于1.05、线偏振输出、波长1064nm的掺 镱双包层光纤激光器。然而， 由于石英双包层 光纤的原料制备复杂、要求纯度高，拉丝困难， 并且不能做到高掺杂（掺杂浓度小于0.2%，一 般是0.15%），使光纤激光器所需的光纤长度 较长，一般为20~50m，因而这种双包层光纤激 光器的价格非常昂贵。
（3）要保证有足够的使用寿命，连续工
作时间应不低于100000h； （4）由于拉曼增益与入射光和信号光的 偏振态有关，抽运光与信号光的偏振态 不同得到的增益不同。当两者偏振态一 致时，增益最大；当偏振态相互正交时， 几乎不产生拉曼增益； （5）要保证输出功率可以方便高效地耦 合到光纤中去。
近年来，国际上发展的以双包层光纤为基础的
包层抽运技术，为提高光纤激光器输出功率提 供了解决途径。利用双包层抽运技术的光纤激 光器的转换功率可达80％，输出功率可提高几 个数量级，并且有着接近衍射极限的光束质量 和小巧、全固化、低域值等显著优点。利用 8W左右双包层光纤激光器抽运的级联拉曼激 光器，已经可以实现在1.2~1.5μ ｍ关键波长范 围内抽运光纤拉曼放大器所需关键波长1W左 右的激光输出。