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分布式拉曼光纤放大器的应用

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来源: 作者: 2018-10-25 11:42:26

摘要随着社会的发展,人们对信息的依赖越来越严重,信息传输的需求急剧膨胀,大幅度提升现有光纤系统的容量,增加无电再生中继的简单传输距离,已经成为光纤通信领域的热点。在这种背景下,拉曼放大器由于其固有的低噪声和几乎无限的带宽特性而得到广泛关注。本文介绍了拉曼光纤放大器的基本概念,重点分析了拉曼光纤放大器的应用前景和存在的问题。

1拉曼放大器介绍

1.1拉曼放大

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)。

光纤拉曼放大器是SRS的一个重要应用。由于石英光纤具有很宽的SRS增益谱,且在13THz附近有一个较宽的主峰。如果一个弱信号和一个强的泵浦波在光纤中同时传输,并且它们的频率之差处在光纤的拉曼增益谱(见图1)范围内,则弱信号光即可得到放大,这种基于SRS机制的光放大器称为光纤拉曼放大器。

图1光纤中的受激拉曼增益谱

1.2拉曼放大器的类型

(1)集总式拉曼放大器,即放大过程发生在含有掺铒光纤的封闭模块中。主要作为高增益、高功率放大,可放大EDFA所无法放大的波段(图2中的绿色曲线)。

图2分布式/集总式光放大器的比较

(2)分步式拉曼放大器。拉曼泵浦位于每级跨距的末端,泵浦方向与信号的传输方向相反(图2中的蓝色曲线)。采用分布式拉曼光纤放大辅助传输可大大降低信号的入射功率,同时保持适当的光信号信噪比(OSNR)。这种分布式拉曼放大技术由于系统传输容量提升的需要而得到快速发展。

1.3拉曼放大(DRA)增益谱的调整

拉曼增益谱的形状依赖于泵浦波长,最大增益波长比泵浦波长高100nm左右。这种特性使得在具有可用泵浦波长的条件下,放大任何波长区间的光信号成为可能。通过使用不同的泵浦波长组合可以在一个很宽的波长区间获得平坦的增益谱型(见图3)。

图3使用多泵浦波长获得平坦的宽带增益谱

1.4拉曼泵浦模块

图4中的绿色框图部分是一个为后向泵浦配置应用的拉曼泵浦激光器模块示意图。在这种配置中,DRA一般和系统的EDFA联合使用,用作EDFA的前级放大器(Pre-amplifier)。这就是大家熟知的RAMAN/EDFA混合放大器。

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