光纤拉曼放大器(FRA)研究(4)

在拉曼放大增益均衡技术方面，长周期光纤光栅是一种比较理想的宽带宽的增益均衡器件。根据０ＦＣ２０００的报道，目前己经有成功利用长周期光纤光栅

采用多泵浦时对泵浦之间的相互作用也必须进行考虑，适当安排泵浦功率Ｒａｍａｎ放大器噪声特性

拉曼放大器可用于光纤通信系统中的功率放大，接收机前置放大及无源光

ＡＳＥ噪声

ＡＳＥ噪声是由于自发拉曼散射效应经拉曼放大而产生的频带很宽的噪声。为由于光纤拉曼放大是一种分布式放大，使用的光纤长达数千米至数十千米，

１２折算成频率约有５ＴＨｚ宽。更为关键的是只要能找到合适的与信号光具有ｓｔｏｋｅｓ频差的泵浦光就能对信号光进行放大；采用多个波长的泵浦组合就可以构成带做增益均衡器件，实现了７０∥Ⅲ带宽内增益起伏不超过１．２７ｄＢ的宽带拉曼光纤放大器的试验。和波长间隔是宽带拉曼光纤放大器的重要技术要求之一。２．２．３器件的损耗补偿。在应用中，放大器的噪声特性是一项重要指标。由于拉曼放大器的机理与ＥＤＦＡ完全不同，因此其噪声特性也不同于掺稀土元素的光放大器。光纤拉曼放大器中主要有三种噪声，一是放大器自发辐射（ＡＳＥ）噪声，二是串话噪声，三是瑞利散射嗓声。其产生机制各不相同。２．２．３．１简便起见，只考虑后向泵浦的情况（前向泵浦的情况与之类似）。因而信号光在被放大的同时也会因传输损耗而衰减。为计算光纤拉曼放大器的噪声系数，可将分布式光纤拉曼放大器等效为一段有损耗而无增益的普通光纤

电子科技大学硕士论文

级连～个有增益但无损耗的普通光放大器，从而可用该普通光放大器的噪声系数来等效光纤拉曼放大器的噪声系数。这样、光纤拉曼放大器的ＡＳＥ噪声系数可通过下式来计算“２’

胛＝ｌＯｌｏｇｌ“（月Ｐ，Ａ岛ＳＥ＋１）（２－１７）

其中Ｇ为拉曼放大的开关增益（倍数），Ｂｏ为光滤波器带宽，只。为带宽Ｂ。内的ＡＳＥ功率。其中，只。可以通过下式来计算㈦

‰。＝等等笋ｅｘｐ（喇ｈ时啪ｘｐ｛％筹惭喵卜ｘｐ（啤驯埘

ｒ２．１８１

其中上是光纤长度，ａ。、ａ，分别是信号光、

泵浦光损耗系数。代人数值利用计算机可

得到ＡＳＥ噪声功率与增益的关系曲线

“”（如图２—２所示）。由图可见，当增益较

小时，噪声功率迅速随增益增大而增加，

当增益＞２０ｄＢ时。两者近似成线性关系，

同时通过对不同损耗情况下的计算可知，

当仅考虑泵浦光与信号光时，发现噪声功

率不随损耗变化，只与增益有关。且由

（２一１８）式可知，光滤波器的带宽越窄，则光噪声

，图２—２ＡＳＥ噪声功率与增益的关系

的功率越小，从而信噪比越高。可见ＡＳＥ噪声确实

是由放大器放大的噪声。

２．２．３．２串话噪声

拉曼放大器中的串话噪声分为两种。一种是由于泵浦光源的波动而造成的泵浦～信号串话；另一种是由于泵浦同时对多信道放大而导致的泵浦引入一信号间串话。泵浦引入一信号间串话主要是由于泵浦光对放大单一信道与放大多个信道的增益不同而造成的。具体表现为当两个相邻的信道同时传号时，信号

第二章Ｒａｍａｎ放大器基本原理、特性及应用

的增益小于一个信道传号另一个信道空号时的增益。从总体上来看就表现为两信道间传、空号的相互影响，且信道数越多，串话影响越大。定义串话指标为ＳＩＲ（信号干扰比）＝ｌＯｌｏｇ［Ｓ（Ｌ）／１］，Ｓ（Ｌ）为未受串扰的信号功率，Ｉ为末受串扰的信号功率与受串扰的信号功率的差值。ＳＩＲ相当于对串话的信噪比。

高的泵浦功率导致了串话噪声的恶化，引起误码率的上升，这在通信系统中是不允许的。因此必须在保证一定的ＳＩＲ的前提下提高泵浦功率，亦即提高增益。根据文献“”的结论，信号功率越大，串话越严重：泵浦功率越大，串话越严重：泵浦光到信号光的转化效率越高，串话越严重。实验表明，采用后向泵浦比前向泵清能获得更好的ＳＩＲ性能。因此在实际应用中，应尽量采取后向泵浦，即使采用前向泵浦也不能用太高的泵浦功率。一般要采用高阶泵浦来降低串话影响。研究表明，串话噪声本质上与泵浦光到信号光的转换效率有关，转换效率越高，串话越严重，因此在ＷＤＭ系统中，拉曼放大器的能量转换效率都很低。２．２．３．３瑞利散射噪声

瑞利散射是由于光纤制造过程中，局部浓度微观起伏导致折射率在比波长小的尺度上发生随机变化而引起的。在有导波作用的光纤中，瑞利散射使一部分输入光变成后向传输的波。一方面，它引起功率消耗，是１５５０ｎｍ波段内光纤传输损耗的主要出素之一；另一方面，后向传输的波再经过一次散射变为前向传输，即双重瑞利背向散射。双重瑞利背向散射由于传输方向相信号波相同，两者会相干叠加，影响系统性能。

当只存在单频信号光和单频泵浦光时，不考虑泵浦光的后向瑞利散射、自发拉曼散射率的温度依赖性和高阶斯托克斯产生，式（３一１）能简化为下列前向和后向信号的差分等式：

以｝，，（ｚ）ｌｄｚ＝Ｃ．Ｐ／ｚ）（ＰＩ，，（ｚ）＋％鼠）＋嵋，，（ｚ）一哎弓。。（ｚ）

蛾，。（ｚ）／ｄ＝＝一Ｃ。ＰＡｚ）（ｇ，。（ｚ）＋Ｅ砷Ｂｏ）一—了。。（ｚ）＋％０，，（ｚ）（２—１９）

式中，０，。和忍，；分别为前向和后向信号功率；Ｂ为泵浦功率：％＝ｈ７为信号１４