光纤拉曼放大器(FRA)研究(2)

１．１研究光纤拉曼放大器的重要性

一般光放大器都由增益介质、泵浦源、输人输出耦合结构组成。根据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器，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）的光纤，利用受激辐射机理实现光的直接放大，如半导体光放大器（ＳＯＡ）和掺杂光纤放大器；另一类基于光纤的非线性效应，利用受激散射机制实现光的直接放大，如光纤Ｒａｍａｎ放大器（ＦＲＡ）和光纤Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ放大器ｆｆＢＡ）。在高速大容量多信道ＤＷＤＭ系统中，宽带光放

第一章引言

大器的发展重点目前主要是掺杂光纤放大器和光纤Ｒａｍ．ａｎ放大器。在各类光放大器中集总式和分布式光纤拉曼放大器（ＤＲＡ）在满足更长距离和更大复用速率传输需求方面显示出明显的优势。与ＥＤＦＡ相比，Ｒａｍａｎ放大器具有其独特的优点：

（１）Ｒａｍａｎ放大是一个非谐振过程，其增益响应仅依赖于泵浦波长及其带宽，选择合适的泵浦源就可得到任意波长的拉曼放大，而且可达到约１２０ｎｍ的增益带宽。同时增益曲线可通过调节泵浦源来控制；

（２）利用现已大量铺设的Ｇ．６５２或Ｇ．６５５光纤作为增益介质进行分布式放大可以实现长距离的无中继传输和远程泵浦。这一点在超长距海底光缆传输中尤为重要，同时分布式放大可降低输入总功率有效地抑制非线性效应；

（３）低噪声噪声系数可低至３ｄＢ因此传输跨距可延伸一倍以上；

（４）ＦＲＡ与掺杂光纤放大器混合使用可做成具有宽带宽增益平坦低噪声高输出功率的混和放大系统，这将是未来光通信系统发展的～种趋势；

为了进一步提高ＤＷＤＭ系统的传输容量，可以采取的措施一是提高单信道速率；二是保持总带宽不变的情况下减小信道间隔，增加信道数量：三是保持信道间隔不变，增加信道数量。然而遇到的困难是：第一种方案提高单信道速率，受当前高速电子器件、光纤色散、非线性效应限制；第－－，ｅｅ方案减小信道间隔，受滤波技术和非线性效应限制；第三种方案的实现要求有增益平坦的带宽更大的光放大器来支撑。从上面介绍的ＦＲＡ相对于传统ＥＤＦＡ的特点来看，ＦＲＡ有利于解决这些矛盾，比如后向多波长泵浦的分布式ＦＲＡ，是一种在线式放大，即利用传输光纤作为放大介质，在实现比ＥＤＦＡ更大的放大带宽的同时，避免集中式放大时的某段功率急剧增大的现象，从而抑制光纤非线性效应的不利影响；由于是分布放大，有着更高的放大器光信噪比，从而实现了跨距延伸效应。

１．２国内外研究ＦＲＡ的背景、现状及趋势

拉曼现象在１９２８年被ＣｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒａＲａｍａｎ爵士所发现。直到２０世纪８０年代才有许多人相信光纤中的拉曼散射有实际应用——光孤子的分布反馈。但在９０年代早期，当掺铒光纤放大器取代它成为焦点时，那个梦便全结束了。然

电子科技大学硕士论文

而，随着高功率二极管泵浦激光器和光纤光栅技术的发展，光纤拉曼放大器（ＦＲＡ）由于其自身固有的全波段可放大特性和可利用传输光纤做在线放大的优点，１９９９年一经成功地应用于ＤＷＤＭ传输系统，就立刻再度受到广泛关注，成为继掺铒光纤放大器之后的又一颗璀璨明珠。光纤拉曼放大器以其丰富的商业价值，一举成为光纤放大器家族的新贵。

在掺铒光纤放大器出现前，拉曼放大器被认为是最有希望用于１．５５∥ｍ波段通信的放大器，但随着高效掺铒光纤放大器的发展，加上光纤拉曼放大器本身效率较低．人们对拉曼放大器的兴趣一度降低。近几年来，随着现有掺饵光纤放大器的可用带宽将逐步耗尽，和高功率泵浦光源、尤其是光纤拉曼激光器与半导体激光器的发展，以及光纤制造技术的进展，光纤拉曼放大器重新受到重视并得到迅速发展。包括１．３一Ⅲ、１．４∥ｍ、１．５７２，ｔｍ和１．６／ｌｍ的多个波段的光纤拉曼放大器均有了报道，增益带宽在１００ｎｍ以上、峰值增益４０ｄＢ以上的光纤拉曼放大器的成功实验不断出现。在每年的世界光纤通信会议（０ＦＣ）上，都有若干篇光纤拉曼放大器的研究报告，成为世界范围内的研究热点之一。其应用也从最初的光孤子实验，发展到成功用于系统升级、无中继传输、超短光孤子产生和超连续光源。

最近一、两年，光纤拉曼放大器的研究出现了一些新特点：１）从单波长泵浦光源、单级放大发展到多波长泵浦光源、多级放大。由于单波长泵浦的拉曼增益谱较窄，带宽一般在１０ｎｍ～４０ｎｍ左右，难以满足宽带通信的要求，多波长泵浦已逐渐占主导地位。Ｅｉｎｏｒ［１】和Ｌｅｗｉｓ［２】分别用１２个波长信道的波分复用激光二极管单元和三波长级联光纤拉曼激光器作泵浦光源，分别得到了１００ｒｉｍ和１１４ｎｍ的增益带宽。在１９９９年欧洲光纤通信会议（ＺＣＯＣ）上，Ｍａｓｕｄａ等利用多波长泵浦和多级放大，在１．５５∥ｍ附近获得了１３２ｎｍ的透明增益带宽。２）光纤拉曼放大器与掺稀土光纤放大器结合构成的混合型放大器成为热点【３“。这类放大器具有宽带宽、高增益、低噪声、高输出功率的优点。其中主要有两类：光纤拉曼放大器／掺饵光纤放大器混合放大器和光纤拉曼放大器／掺钍光纤放大器混合放大器，而前者居多。３）１．３∥Ⅲ波段的拉曼放大器日益受到重视【７“Ｊ。从世界范围来看，现有敷设的多为工作窗口在１．３／ｔｍ波长区的普通单模光纤。现在用于１．３∥ｍ通信窗口的光放大器主要是掺镨光纤放大器，但掺镨光纤放大器要求泵浦功率高。另外难与石英光纤熔接，于是人们对１３ｌｌｍ波段的光纤拉曼放

第一章引言

大器产生了极大兴趣，有人甚至预言它可以完全代替接错光纤放大器，但这除了要有合适的泵浦光源外，如何获得高掺锗、低损耗的光纤也至关重要。４）拉曼光纤放大器越来越多地应用于光纤通信系统实验，这对其真正走向实用化具有重要意义。其中ＳｕｚｕｋｉＬ【９】等人的研究具有代表性。他们在光纤零色散区附近，利用多波长分布式光纤拉曼放大器成功地将信道间隔为５０ＧＨｚ、３２ｘ１０Ｇｂｉｔ／ｓ的密集波分复用信号传输了６４０ｋｍ。其优良的性能将为显著提高传输距离以及如何在零色散波长附近实现密集波分复用传输铺平道路。在２０００年的世界光纤通信会议上，Ｔａｋａｓｈｉｎａ等用拉曼放大成功实现了１Ｔｂｉｔ／ｓ０００ｃｈ×１０Ｇｂｉｔ／ｓ）波分复用信号无中继传输２００ｋｍ，在此实验中，拉曼放大器在显著提高传输质量上起了关键作用，是大容量无中继传输系统所必不可少的。另外，为了使光纤拉曼放大器更快走向实用，对其它如增益饱和、串扰等问题也引起人们注意。拉曼光纤放大器的研究在近几年已取得巨大进展，但现有石英光纤的拉曼增益系数和转换效率还很低，拉曼放大需较高的泵浦功率和较长的光纤，离实用化的尺寸还有差距。今后的研究重点一方面应提高作为拉曼增益介质的光纤的性能，另一方面由于现在常用的泵浦光源——级联拉曼光纤激光器结构复杂、造价偏高，所以应加紧对易于光纤集成的小型化、高功率、廉价的泵浦光源的研究。

在进一步把光纤拉曼放大器推向实用的进程中，以下几方面的技术研究成了ＦＲＡ的研究热点：

（１）大功率泵浦技术

大功率泵浦是拉曼光纤放大器走向实用的关键。由于拉曼光纤放大器的效率非常低，只有拥有了可以把大功率泵浦光（功率达到ｗ级）耦合到单模光纤的泵浦才能使拉曼放大器具有实用的增益。也正是泵浦技术的发 …… 此处隐藏：2592字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……