拉曼光纤放大器的研究进展
拉曼光纤放大器的研究进展发表时间：2019-03-05T09:35:05.590Z 来源：《信息技术时代》2018年5期作者：陈晓丹匡文剑（通讯作者）[导读] 拉曼光纤放大器是一种利用受激拉曼散射效应来实现光放大的光纤器件。
拉曼增益谱比较宽，在普通光纤上单波长可实现约40nm范围内的有效增益（南京信息工程大学物理与光电工程学院/江苏省大气海洋光电探测重点实验室，江苏南京 210044）基金项目：南京信息工程大学大学生实践创新训练计划（No. 201810300207）摘要：拉曼光纤放大器是一种利用受激拉曼散射效应来实现光放大的光纤器件。
拉曼增益谱比较宽，在普通光纤上单波长可实现约40nm范围内的有效增益，若采用多个泵浦，可以较容易实现宽带放大，并且直接可通过选择泵浦波长和强度调整其增益谱的方式。
人们关注到其增益介质、宽增益带宽（最高可达120nm）、低噪声等特点,解决了衰减对光网络传输速率与距离的限制。
本文介绍了拉曼光纤放大器的原理及特点,并根据光纤通信的现状现状和热点,分析了光纤拉曼放大器应用和最新进展,论证了光纤拉曼放大器用于现代通信的重要性。
关键词：光纤放大器；受激拉曼散射；光纤通信1、引言光纤拉曼放大器（Raman Fiber Amplifier, FRA）来源于Stolen[1]等在实验室首次观察到单模光纤中的受激拉曼散射现象，但是因为拉曼散射是一种非线性效应,一般需要大于500mW的抽运功率，而且实现拉曼放大又需要合适的汞浦波长，在当时的技术条件下，用于通信领域的泵浦光源无法得到满足，所以人们又发明了掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA),因EDFA所需的抽运功率比较低,在1550nm传输窗口中若要获得和FRA相似的增益只需要100mW,所以EDFA很快速发展至成熟并得到了广泛应用，相反，FRA的研究逐渐淡出视线。
随着通信网络的高速发展,对传输速率和带宽的要求越来越高,现有的1530nm～1570nm可用带宽逐渐不能满足需求。
为了进一步提高传输容量,开始研究可工作在光纤低损耗窗口(1.2μm～1.65μm)其它波段的光放大器。
人们想起最早研究的光学放大方法[2]，即利用光纤中的拉曼增益对光信号进行放大。
所以FRA重新受到了重视并迅速发展。
1.3μm、1.4μm、1.5μm和1.6μm的多个波段的FRA都有被提及,增益带宽在100nm以上、峰值增益40dB以上的实验也不断实现。
2、光纤拉曼放大器的原理和特点拉曼光纤放大器的工作原理是利用石英光纤中的受激拉曼散射效应来实现光纤放大。
在形式上可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,在传输过程中利用受激拉曼散射效应可以对弱信号光进行放大。
其工作原理示意如图1所示。
泵浦光子使光纤中电子受激并从基态跃迁到虚能级,然后在信号光的感应下处在虚能级的电子回到振动态高能级,同时发出一种和信号光同频、同相位、同方向的低频的斯托克斯光子,而剩余能量以分子振动(光学声子)的形式被介质吸收,完成振动态间的跃迁。
斯托克斯频移γr=γp-γs（γp泵浦光的频率,γs信号光的频率）由分子振动能级所定,其值决定了受激拉曼散射的频率范围。
拉曼散射的增益谱很宽，峰值增益位置在频移13THz左右，就非晶态石英光纤而言,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。
图1 拉曼光纤放大器工作原理示意图 FRA具有以下几个特点： 1)其增益波长取决于抽运光波长。
理论上只要有合适的抽运光源,就可以对任意波长的信号进行放大。
这样FRA可以放大EDFA所不能放大的波段,而且使用多个抽运源得到的增益带宽比EDFA宽得多，如表一所示。
表1 两种光放大器的主要特征及性能指标比较2)不需要其他的放大介质。
因为增益介质为传输光纤本身，为不方便设立中继器的光纤通信系统改造提供了广阔的前景。
3)优良的噪声性能。
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。
在超长距离传输时，可以保证良好的OSNR,所以在千米的高数系统一般都要采用FRA。
3、研究现状及研究热点3.1提高增益在如何提高增益方面，有研究基于不同的前提条件定义分别推导出了同向与反向的抽运FRA的最大拉曼增益[3]公式。
研究推导出最大增益只与三个参量有关，如图2所示，并通过计算得到同向抽运FRA中信号被放大主要发生在光纤长度0-zmax内在zmax处有最大拉曼增益;而反向抽运FRA中位于zmin-L内，且在这段光纤上达到最大拉曼增益。
若将这两者分别或者联合运用于光纤通信系统中，并设计同向抽运FRA放大信号的跨距为zmax，反向为L-zmin，那么FRA都会有在最大拉曼增益工作的情况并且器件的抽运效率将达到最大，光纤通信系统的无中继传输距离也最大。
此时，有最低的光纤通信系统的成本，更加经济。
图2 同向抽运FRA 中Zmax、Gmax与 Ps(0)、Pp(0)的关系图另一个研究中，Shi等人[4]提出使用Er3+/Yb3+共掺杂芯-包异质型磷酸盐玻璃光纤的单模PM来设计在C波段工作的单片全光纤脉冲MOPA激光器的末级功率放大器。
2010年，有研究利用15cm多光纤长度的一个新型的单模光纤芯的功率放大器在1530nm处证明了1.2kW 105ns脉冲峰值功率，其相当于0.126mJ的脉冲能量,线宽与有限衍射光束质量[5]。
2012年，在利用0.38mJ的脉冲能量和128kw峰值功率的实验中演示了使用多个层次的Yb/Er掺杂磷酸光纤、短脉冲宽度来进一步提高SBS阈值[6]。
因为SBS是一种声光非线性效应，是由光纤中的光子和声子相互作用而产生的。
因此在允许的情况下，使用比声子寿命短的脉冲是增加SBS阈值的另一种方法。
在2014年，功率放大器性能又进一步得到提高[7]。
在1.5μm区高频率和高峰值功率全光纤放大器归纳如表2所示。
表2 基于Yb3+/Er3+磷酸掺杂的1.5μm区高频率、高峰值功率全光纤放大器3.2 增益平坦目前，在不同方向上对于FRA的增益平坦的研究已取得了一定进展。
改善FRA增益平坦的方法多是采用空间多波长抽运(类似于WDM)和增益均衡器两类[8]，但仍存在系统结构复杂、成本高和效率低等问题。
对此，Winzer等人提出了利用C波段调谐光纤激光器实现时分复用(TDM)抽运的光纤拉曼放大器的实验方案[9]。
就现有的FRA增益谱平坦化技术的不足,还提出了一种新型的FRA的设计,即双向泵浦受激拉曼散射增益谱平坦光纤放大器[10]。
其设计需要利用受激拉曼散射增益谱在450cm-1波数处形成的对称结构、前向泵浦与信号光产生的频移对信号光进行放大作用还有后向泵浦与信号光产生的频移对信号光进行补偿性的放大作用。
3.3增益均衡问题因为光纤种类、光纤长度、信号波长和功率、调制速率会受环境以及系统升级和波长的影响,不再是常数,设计时就需要采取措施即动态增益均衡,以调整放大器适应各种变化。
目前动态增益均衡采用的方法有：可调滤波均衡；可变光衰减器阵列均衡；拉曼泵浦功率调整均衡。
对于拉曼放大器而言,采用拉曼泵浦功率调整均衡方法[11]是最经济和有效的,只是设计拉曼泵浦功率自动调整的算法比较困难。
人们在其方向进行了研究。
在2017年，有研究得出了一种拉曼光纤放大器自动增益控制方法[16]即提取带内或者带外的放大自发辐射ASE功率，调整泵浦激光器的功率，让RFA的输出功率与RFA产生的ASE功率趋向于满足公式(1)； PaseT＝10*log(KG*10(Pout/10)+CG) (1)；其中，PaseT、Pout分别为RFA产生的ASE功率理论值及拉曼输出功率，单位dBm；G为拉曼增益，单位dB；KG、CG分别为该增益下的斜率、截距值。
本方法既可应用于输入光功率变化范围很大的拉曼放大器增益控制，也可用于输入光功率变化较小的拉曼放大器增益控制。
3.4优化设计为获得一种高效高性能的FRA设计，提出了一种改进的人工蜂群算法[14]并将其引入到FRA优化设计中。
人工蜂群算法是一种模仿蜂群行为的群体启发式搜索算法,适合解决多变量函数的优化问题,有较快的算法收敛速度。
通过此算法设计的FRA的平坦度性能能够得到最大限度的优化，同时，其设计结果很好地满足了目标净增益的要求。
最后，具体优化措施主要还可以从以下几个方面开展：泵浦方式的选取；选择信号光功率；优化设计放大器结构；改善分布放大特性；拉曼光纤的选取。
参考文献[1]Wrangham R W, Jones J H, Laden G, et al. The Raw and the Stolen. Cooking and the Ecology of Human Origins[J]. Curr Anthropol, 1999, 40(5):567-594.[2]Sugiya. Optical amplifier and an optical amplification method [P]. 美国, US6118576, 1996.[3]龙青云,胡素梅,朱伟玲。
光纤拉曼放大器的最大拉曼增益特性[J]。
红外与激光工程, 2016, 45(1):122006-0122006。
[4]Shi, W.; Petersen, E.B.; Leigh, M.; Zong, J.; Yao, Z.; Chavez-Pirson, A.; Peyghambarian, N. High SBS-threshold single-mode single-frequency monolithic pulsed fiber laser in the C-band [J]. Opt. Express 2009, 17, 8237–8245.[5]Shi, W.; Petersen, E.B.; Yao, Z.; Nguyen, D.T.; Zong, J.; Stephen, M.A.; Chavez-Pirson, A.; Peyghambarian, N. Kilowatt-level stimulated-Brillouin-scattering-threshold monolithic transform-limited 100 ns pulsed fiber laser at 1530 nm [J]. Opt. Lett. 2010, 35, 2418–2420.[6]Petersen, E.; Shi, W.; Chavez-Pirson, A.; Peyghambarian, N. High peak-power single-frequency pulses using multiple stage, large core phosphate fibers and preshaped pulses [J]. Appl. Opt. 2012, 51, 531–534.[7]Akbulut, M.; Miller, A.; Wiersma, K.; Zong, J.; Rhonehouse, D.; Nguyen, D.T.Chavez-Pirson, A. High energy, high average and peak power phosphate-glass fiber amplifiers for 1 micron band. In Proceedings of the SPIE 8961, Fiber Lasers XI: Technology, Systems, and Applications (SPIE LASE 2014), San Francisco, CA, USA, 1–6 February 2014; SPIE: Bellingham, WA, USA, 2014.[8]马凤英,张春玉,刘星元等.有机微腔红光发射器件[J].光子学报,2004,33(7):835G837.[9] Winzer PJ, Sherman K, Zirngibl M. Time-division multiplexed Raman pump experiment using a tunable c-band laser[J].IEEE Photon.Technol. Lett.,2002,14(6):789G 791.[10]邓华秋,李琴.TDM抽运光纤拉曼放大器增益平坦的研究[J].半导体光电,2016,37(3):345-348.[11]李俊,徐延海,王晓华.双向泵浦受激拉曼散射增益谱平坦光纤放大器[J]. 信息技术, 2016(3):156-158.[12]陈静,周清旭,林雅婷,等。
拉曼光纤放大器及其增益控制方法与流程
拉曼光纤放大器及其增益控制方法与流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copyexcerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!拉曼光纤放大器及其增益控制方法与流程一、准备工作阶段在开展拉曼光纤放大器的相关工作之前，需要做好充分的准备。
4-光放大器和光纤激光器课件
光放大器的发展最早可追溯到1923年A·斯梅尔卡 预示的自发喇曼散射，而后，科学家在半个世纪的时 间里做了大量研究。1987年英国南安普敦大学和美国A T&T 贝尔实验室报道了离子态的稀土元素铒在光纤中 可以提供1.55µm波长处的光增益，这标志着掺铒光纤 放大器（EDFA）的研究取得突破性进展。1989年现 安捷伦科技有限公司制成首件半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier，SOA）产品。
光放大器是可将光纤线路上微弱的光信号 直接放大的器件，它的出现免去了光在放大时 必须经过的光/电/光转换，使光纤通信技术产 生了质的飞跃。
8
光放大器是基于受激辐射或受激散射的原 理来实现对微弱入射光进行放大的，其机制与 激光器类似。当光介质在泵浦电流或泵浦光作 用下产生粒子数反转时就获得了光增益。
15
目前在线路中使用的光放大技术主要是采用E DFA，EDFA 属于掺杂稀有元素的光纤放大器家 族中的一种，此外其他可能的掺杂元素还包括钕 （通常用于高功率的激光器）和镱（它们通常和 铒一起混合用）等元素。目前已经商品化并获得 大量应用的是EDFA。
16
拉曼放大器（FRA）
FRA的工作原理是基于受激拉曼散射（SRS）的 非线性效应，在光纤中光功率较高时就会产生受激 拉曼散射。FRA利用强的光源对光纤进行激发，使 光纤产生非线性效应，在受激发的一段光纤的传输 过程中得到放大。它的主要缺点是需要大功率的半 导体激光器做泵浦源（约0.5-1w），因而其实用化 受到了一定的限制。
脉冲整形
电信号
光信号
电光转换
6
光/电/光中继器需要光接收机和光发送机来分 别完成光电变换和电光变换，其设备复杂，维护 不便，速度慢。随着光纤通信的速率不断提高， 这种光电光中继器的成本也随之提高，使得光纤 通信系统的成本增加，性价比下降。
WDM
１
、
拉曼光纤放大器 的增益 ：
在不考 虑泵 浦损耗 的情况下可认为 Ｇｃ ｌ唧 ［ ＝ —
『 『
的瑞里散射会由于反射的原 因进行再次散
射 从而成为分布式光放大器 的主要噪声
图２ 显示了在玻璃光纤 中拉曼增 益
Ｐ ］
来源 之一
其 中． ． Ａ叶 为光纤在泵清波长处 的有效
ａ ｄ ９ ｉ。 ｑ ａ ｉ ｄ ｂ ｗａ ｅｅ ｇ ｈ ・ ｉ ｉ ｎ ａｎ 。 ｕ ｌ ｅ ｙ ｅ ｚ ｖ ｌｎ ｔ —ｄ ｖ — — ｓｏ － ｉ ｍｕ ｉｌｘ ｄ ｈｇ ｏ ｒ ａ ｅ ｉ ｅ 。 ｎ ｈ ｐｅ ｅ ｉｈ ｐ ｗｅ ｌ ｒ ｄｏ ｓ ｓ ｄ
．
Ｉ Ｅ Ｊ ｕ ｎ ｏ ｓ ｅ ｔ ｄ ｔ ｐ ｃ ｉ Ｅ Ｅ ｏ ａＩ ｎ ａＩ ｃ ｅ ｏ ｉ ｎ ｒ ｓ
四． 拉曼光纤放大器的性能
在拉曼光纤放大 器设计 中．需要 考虑 的性能指标主要有 放大增益 增益平坦
面 ． １ ］ 有 光 长 积 ． 一 为 效 纤 ÷［ｅ 度ｇ ÷ 为 曼 益 数． 泵 波 ｃ Ｉ 拉 增 系 和 清
长 的关系 看作反 ｝ ：
一
２
、
和噪声 问题 。另外 ．由于拉曼放太器的分
Ｉ Ｅ ｈｏ ｏ ｃｓ ｅ ｎ ｏｇ ｌｔｅｒ ＶＯ ． ＥＥ ｐ ｔ ｎｉ ｔ ｃｈ ｏｌ ｙ ｅ ｔ ｓ Ｌ１ ３
，
与 网终 资 源 的数量 成 线性 关系 。随机 起 伏 的增 益是 变动 的 ．通常 与一 个概率 密
度 函数 有关 ．并 与 网络 资 源 的数 量 的平 方根 有关 。 因此 ．在设计 个拉曼泵 浦模 块时 ．
ｌｋ Ｏｍ以上 用受 澈拉曼 散射 能量从泵 放 大的可能． 利 可以减 少噪 声的累积 。 浦 光传递 到信 号 光从 而实 现放 。通过
拉曼+EDFA宽带混合光放大器的实现和设计优化
了 宽 频 带 内 低 噪 声 放 大 特 性 ， 据 此 对 混 合 放 大 器 的 增 益 谱 并
和 噪 声 谱 的 设 计 进 行 了 分 析 和优 化 ．
２ 基 于 增益 和 噪 声特 性 分析 的 宽 带混 合放 大 器
在 系统 应 用 和 实 验 研 究 中 ， 合 放 大 器 的结 构 如 图 １ 混 所
中图分类 号 ：
Ｔ ９９ １ Ｎ ２ ．１
文献标识 码 ： Ａ
文章编号 ：
０ ７—１２（０ ２ ０ ．３２０ ３ ２２ １ ２０ ） ９ １０ —３
Ｒｅ ｌ ａ ｉｎ ａ ｄ Ｏｐ ｉ ｌ ｓｇ ｔ ｚｎ ｆＢｒ ａ ｂ ｎ ａｉ ｔ ｎ ｔ ｚ ｏ ｍａ Ｄｅ ｉｎ Ｏｐ ｉ ｉｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｄ ｍｉ
Ｒａ ｍａ ＋ＥＤＦ Ｈ ｂ ｉ ｎ Ａ ｙ ｒ Ａｍｐｉｅ ｓ ｄ ｌｉ ｒ ｆ
Ｃ－ Ｎ Ｊａ Ｚ ＮＧ ｅ ， １ Ｘ ａ — ｎ ， Ｅ Ｇ ｉｎ － ｅ Ｚ Ｕ Ｂｉｇｋ ｎ Ｉ ｉｎ， ＨＡ ￣ Ｗ ｉＬＵ ｉｏｍｉｇ Ｐ Ｎ Ｊａ ｇｄ ， ＨＯ ｎ －ｕ
（ ｅｔｏ ｌｔ ｎｃ Ｅ￣ Ｄｐ ． ｅ ｒ ｉ ， ｆＥ ｃｏ ｓ ｒ ｇ， 以 ｍ ｎｖｒｔ ， ，ｉ ００４， ｈｎ ） ｉ ａ Ｕ ｉ ｓｙ ｓｉａ １０ ８ Ｃ ｉ ｅｉ ．ｇ ｉ ａ
器 中组 成 的 宽 带 混 合 放 大 单 元 ， 提 出 了混 合 放 大 器 进 行 优 化 设 计 的 方 法 ， 别 指 出适 当 调 整 拉 曼 放 大 器 和掺 铒 光 纤 并 特
放 大 器 的增 益 谱 可 以 实 现 噪 声 谱 的平 坦 ．
关 键 词 ： 拉 曼 放 大 器 ；混 合 放 大 ；设 计
OTDM简介
什么是 OTDM时分复用是指多路信号可以在同一个信道中传输的一种方法，这种方法是使多路信号分别占有不同的时间间隙(时隙)，从而在同一信道中传输互不干扰，实现多路复用。
光时分复用(OTDM)是指在光学领域中完成的时分复用。
即是将多路光信号用时分复用的方式使它们在同一根光纤中传输，实现超高速传输，达到大幅度扩大容量的目的。
光时分复用应用宽带的光电器件代替了电子器件，从而可以避免高速电子器件所造成的限制，可以实现高达几十Gbit/s乃至几百Gbit/s的高速传输。
OTDM优点OTDM之所以引起人们的关注, 主要有两个原因:OTDM可克服WDM的一些缺点, 如由放大器级联导致的谱不均匀性, 非理想的滤波器和波长变换所引起的串话, 光纤非线性的限制, 苛刻要求的波长稳定性装置及昂贵的可调滤波器；OTDM技术被认为是长远的网络技术。
为了满足人们对信息的大量需求, 将来的网络必将是采用全光交换和全光路由的全光网络, 而OTDM的一些特点使它作为将来的全光网络技术方案更具吸引力:•可简单地接入极高的线路速率(高达几百Gbit/s)；•支路数据可具有任意速率等级,和现在的技术(如SDH)兼容;•由于是单波长传输, 大大简化了放大器级联管理和色散管理;•网络的总速率虽然很高, 但在网络节点, 电子器件只需以本地的低数据速率工作;•OTDM和WDM的结合可支撑未来超高速光通信网的实现。
OTDM系统的组成光时分复用通信系统由以下几部分组成:光发射部分、传输线路、接收部分,如图1 所示。
(1) 光发射部分主要由超窄脉冲光源及光时分复用器组成。
高重复频率超窄光脉冲源的种类包括掺铒光纤环形锁模激光器、半导体超短脉冲源、主动锁模半导体激光器、多波长超窄光脉冲源等。
其所产生的脉冲宽度应小于复用后信号周期的1/4 ,应具有高消光比(高达30dB以上),并且脉冲总的时间抖动均方根值不应大于信道时隙的1/14,这是因为脉冲形状不是理想的矩形,而为高斯脉冲,信号源与时钟之间的时间抖动会引起解复用信号的强度抖动,这种强度抖动使信号的误码加大。
光纤通信网光放大器
光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现 入射光信号放大的一种器件。其机制与激光器 完全相同。实际上，光放大器在结构上是一个 没有反馈或反馈较小的激光器。
光放大器的类型
利用稀土掺杂的光纤放大器（EDFA、 PDFA）
利用半导体制作的半导体光放大器（SOA） 利用光纤非线性效应制作的非线性光纤放大
器（FRA、FBA）
几种光放大器的比较
放大器 类型
原理
激励 工作长 噪声 与光 与光 稳 方式 度 特性 纤耦 偏振 定
合 关系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ性
掺稀土光 粒子数反 光 数米到 好 容易 无 好
纤放大器 转
数十米
半导体光 粒子数反 电 100m 差 很难 大 差
5.2 掺铒光纤放大器EDFA
掺杂光纤放大器利用掺入石英光纤的稀土离子作 为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放 大，放大器的特性主要由掺杂元素决定。
工作波长为1550nm的铒(Er)掺杂光纤放大器(EDFA) 工作波长为1300nm的镨(Pr)掺杂光纤放大器(PDFA) 工作波长为1400nm的铥(Tm)掺杂光纤放大器(TDFA) 目前，EDFA最为成熟，是光纤通信系统必备器件。
工作频带正处于光纤损耗最低处(1525-1565nm)； 频带宽，可以对多路信号同时放大-波分复用； 对数据率/格式透明，系统升级成本低； 增益高(>40dB)、输出功率大(~30dBm)、噪声低
(4~5dB)； 全光纤结构，与光纤系统兼容； 增益与信号偏振态无关，故稳定性好； 所需的泵浦功率低(数十毫瓦)。
EDFA的工作特性
光放大器的增益 放大器的噪声 EDFA的多信道放大特性 EDFA的大功率化
宽带宽与新波段光纤放大器进展
为最 迫 切 的 需 求 ，新 波 段 与 长增 益 带宽 光 纤 放大 器 的研 究 炙 手可 热 ．本文 阐述 了近 期 各 波 段光 纤 放 大 器 以 及拉 曼 放 大 器 的进 展 ，并 揭 示 了光 纤放 大 器 向短 波 段 和 混合 型 发 展 的 趋 势． 关 键 词 光 纤 放 大 器 ，超 宽带 ， Ｃ— ａ ｄ ， Ｌ ｂ ｎ ， Ｓｂ ｎ ，拉 曼放 大 器 ｂｎ －ａ ｄ —ａ ｄ
ａ ｐ ｉｅ ｍ ｌ ｒ ｉ ｆ
１ 引 言
光 纤放大 器是在光 纤的纤芯 中掺入铒 、 、铥等 镨
稀土元 素，通过 稀土元 素离子 的能级跃迁 ，将泵 浦激 光 能量转化 到信号光 上， 实现对信号光 的直接放 大。 这 是光通 信发展史 上 的一个重要里程 碑，因为它解 决 了
光 纤 通 信 最 令 人 感 兴 趣 的稀 土掺 杂 光 纤 放 大
器 是 工 作 波 长 为 １ ５ ｎ 的铒 掺 杂 光 纤 放 大 器 ５０ ｍ （ Ｄ Ａ）和 工作 波长 为 １０ ｍ 的镨 掺杂 光纤 放大 Ｅ Ｆ ３ ０ｎ
器 （ ＤＦ ）。 Ｐ Ａ 采 用 １ １ ｍ 激 光 器泵浦 ，放 Ｐ Ａ ＤＦ ０ ７ｎ
大波 段在 １ ０ ｍ ，与 Ｇ ６２光纤 的零 色散 点相 吻 ３ ０ｎ ～５ 合 ，在 已建 的 １ ｍ 光 通信 系统 中有着 巨大 的应用 ． ３ 市场 ， 因掺镨光 纤的机械强 度和 与普 通光 纤熔 接困 但
ｄｖｌｐｎ ｂｒ ｏ ｔ ｏ ｅｅｏ ｉｇｆ ｅ— ｐｉ ｃｍｍｕ ｉ ｔ ｎｓｓｅ ． ｈ ｖ＞ ｎｒａｉｇｔａ ｉ ｄ ｍａ ｄ ａｅ ｋｎ ｉ ｃ ｎｃ ｉ ｙｔｍｓ Ｔ ｅｅｅ ｉｃｅｓ ｒｆｃ ｅ ｎ ｓ ｖ ｉｇ ａｏ ｎ ｈ ｍａ
DWDM系统拉曼放大器的原理及应用
DWDM系统拉曼放大器的原理及应用华为技术有限公司版权所有侵权必究修订记录目录1前言 (5)2拉曼放大器原理 (5)2.1受激拉曼散射概念 (5)2.2受激拉曼散射的应用 (5)2.3拉曼放大器的分类 (6)2.4拉曼放大器的特点 (7)3拉曼放大器的应用 (8)3.1拉曼放大器的特性 (8)3.1.1 2.2 拉曼放大器在DWDM中的应用 (9)4工程中应用注意事项 (10)4.1端面要保持清洁 (10)4.2光缆性能保证 (11)4.3其他注意事项 (11)关键词：拉曼放大器摘要：本资料详细描述了拉曼放大器基本理论及在DWDM系统中的应用。
缩略语清单：无。
参考资料清单：无。
DWDM系统拉曼放大器的原理及应用1 前言近年来，随着数据通信和INTERNET的发展，密集波分复用通信系统的带宽需求不断提高，拉曼放大器作为DWDM系统中的关键技术，已经成为光纤通信领域研究的热点。
由于其具有极宽的增益带宽，极低的噪声系数，拉曼放大器在超大容量高速长距离DWDM系统中得到广泛的应用，可以大幅度提升现有光纤系统的容量，增加无电再生中继的传输距离，降低系统的成本。
EDFA和拉曼放大器的有机结合，是目前的通信系统中比较成熟的一种方式。
2 拉曼放大器原理2.1 受激拉曼散射概念在常规光纤传输系统中，由于光功率并不大，因此光纤主要呈现线性传输特性。
然而随着光纤放大器的应用，光纤在一定条件下开始呈现出非线性特性，并最终成为限制系统性能的因素之一。
受激拉曼散射就是非线性效应中的一种。
当一定强度的光入射到光纤中时会引起光纤材料的分子振动，进而调制入射光强，产生间隔恰好为分子振动频率的边带。
低频边带称斯托克斯线，高频边带称反斯托克斯线，前者强度较高。
这样，当两个恰好频率间隔为斯托克斯频率的光波同时入射到光纤时，低频波将获得光增益；高频波将衰减，其能量转移到低频段上，这就是受激拉曼散射（SRS）。
由于受激拉曼散射SRS激发的是光频支声子，其产生的拉曼频移量一般在100GHz~200GHz，且门限值较大，在1550nm处约为27dBm，一般情况下不会发生。
第5章 光放大器
（1） 宽的增益平坦度（30 nm）。如对1500 nm波 长 区 的 宽 带 信 号 放 大， 最 高 带 宽 已 达 到80 nm， 是 EDFA最佳数据的两倍。在1530～1610 nm的波长区， 得到了20 dB以上的增益，增益平坦度达1.5 dB。 （2） 放大波段向长波长移动。硅和氟EDFA大约
拉曼光纤放大器的主要问题在于所需泵浦的种类， 其次是如何使放大器本身作为一个谐振腔来获得高数 量级的拉曼效应。 目前， 拉曼光纤放大器的小信号增 益为30 dB， 饱和输出功率为+25 dBm， 特别适于作光 功率放大级。
5.4 其他光纤放大器
1. 掺镨光纤放大器（PDFA） EDFA光纤放大器只能对1550 nm波段的光信号进 行放大，为了能对1310 nm波段的光信号进行放大， 人们在光纤中掺入镨。PDFA具有高的增益（约30 dB） 和高的饱和功率（20 dBm），适用于EDFA不能放大
放 大器
电 光变 换 (E /O )
光纤
光 的范 围
电 的范 围
光 的范 围
图5.1 传统的中继器原理框图
尽管这种方式对于单个波长且数据速率不太高的 通信很适用， 但对于高速率的多个波长系统显然是相 当复杂的， 每一波长就需一个再生器， 如有N个波长 就需要N个这样的再生器，造价是相当高的。另一方面， 对于很高的数据速率，电放大器的实现难度很大。 因 此， 人们试图对光信号直接放大， 如果这种放大的带 宽较宽， 则可以同时对多个波长进行放大，因而只需 一个放大器即可。 人们经过很大的努力， 终于研制成
模光纤的构造一样， 如图5.3所示。 铒离子位于EDF的
纤芯中央地带， 将铒离子放在这里有利于其最大地吸 收泵浦和信号能量， 从而产生好的放大效果。
G654E光纤长距离传输性能研究G654Efiber-Corning
G654E光纤长距离传输性能研究G654Efiber-CorningG.654E光纤长距离传输性能研究Sergejs Makovejs1, John Downie1, 董浩1, Michael Mlejnek1，陈皓2（1. 康宁公司，纽约州康宁；2. 康宁光通信中国，上海200233）摘要：本⽂对ITU-T G.654E光纤进⾏了传输性能的研究，总结了该类型光纤的⼀些新的特性。
研究结果表明，G.654E光纤的品质因⼦（Figure of merit, FOM）⽐常规G.652光纤⾼3dB左右，实际400G系统测试结果显⽰G.654E光纤⽐G.652光纤的传输距离提升60%以上。
同时也讨论了配有拉曼放⼤器的传输系统⼯作在G.654E 光纤（泵浦光⼯作在光纤截⽌波长以下）时出现的新特性。
关键词：G.654E光纤，400G，品质因⼦，拉曼放⼤，截⽌波长G.654.E fiber performance characterization research in long haultransmissionSergejs Makovejs1, John Downie1, Hao Dong1, Michael Mlejnek1, Hao Chen21, Corning Incorporated, Corning NY, 14831, USA2,Cornng Optical Communication China, Shanghai,200233Abstract：This paper summarizes our recent findings on ITU-T G.654E fiber transmission performance, for which we used Corning TXF fiber. Our model shows that G.654E fiber can provide almost up to 3 dB improvement in figure of merit relative to G.652 fiber. Further experimental results showed that G.654E can allow for ~60 % reach improvement relative to G.652 fiber. Advanced topics related to the use of G.654E fiber in Raman-assisted systems are also discussed.Key words: G.654E fiber, 400G, FOM，Raman amplifier, cut-off wavelength1简介随着新的应⽤（如虚拟现实，物联⽹等）不断兴起，IP流量在未来5年预计增加3倍[1]，全球的⽹络运营商都⾯临着⽹络容量急速增加的挑战。