拉曼光放大器指导教师：张宝富授课人：王珂010203拉曼放大器概况拉曼放大器原理拉曼放大器特性04发展前景目录ONTENTSCPart01拉曼放大器概况光放大器分类稀土掺杂光纤放大器是在光纤的纤芯中掺入饵、谱、铁等稀土元素，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。目前最成熟且在光网络中普遍使用的是掺饵光纤放大器((EDFA).稀土掺杂光纤放大器半导体激光放大器石英光纤具有很宽的受激拉曼散射(SRS)增益谱，并在频移量13THz附近有一个较宽的主峰。如果一个弱信号与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波的拉曼增益带宽内，弱信号即可得到放大，这种基于SRS机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器。拉曼光纤放大器123SOA利用半导体材料固有的受激辐射放大机制，实现相干光放大，其原理和结构与半导体激光器相似。半导体光放大器的功率不支持长距离传输，但半导体光放大器自有其应用前景，因为它可以接收输入的光信号，改变它的频率，输出新波长，并在此过程中将信号放大，即动态波长变换。SOA目前仅是光纤放大器的一种补充，主要用作集成放大器以及应用在性能要求不高、成本很低的光链路中。各类光纤放大器对应不同波段的放大，如图所示。从图中可以看出，FRA具有明显的宽带宽特性。FRA是目前唯一能在1260-1675nm的光谱上进行放大的光放大器，目前己成为研究热点，其发展前景看好。(1)拉曼放大是一个非谐振过程，增益谱响应仅依赖于泵浦波长和泵浦功率，只要有合适的泵浦光源，就可得到任意波长(1260-1675nm)的拉曼放大。(2)和大多数介质中在特定频率上产生拉曼增益情况相反，石英光纤中的拉曼增益可在很宽的范围内连续地产生，因此可用作宽带放大器。(3)通过合理选择泵浦波长，可以精确地确定拉曼增益谱形状和增益带宽，在补充和拓展掺饵光纤放大器的增益带宽方面表现出极其诱人的前景。(4)光纤拉曼放大器可与其它如掺铁光纤放大器(TDFA)、掺谱光纤放大器(PDFA)等级联，产生宽带、平坦的增益，可用于超宽带波分复用系统优点缺点(1)泵浦效率较低:光纤的拉曼增益系数很小，在泵浦光将能量转移到信号光的同时，在几十公里这样长的传输光纤上也有很大一部分能量同时损耗掉了。另外，较高的转化效率将会使得泵浦介入噪声变大，也限制了效率的提高;(2)需要高泵浦功率;(3)具有很强的偏振依赖性（PDL），需要偏振态正交的两个LD泵浦源合波，这就增加了成本和系统实现的复杂度;Part02拉曼放大器原理拉曼效应在1928年由ChandrasekheraVenkataRaman发现，它是由物质分子引起的光白弹性散时。当一个光子与原子系统(如分子)相互作用，它的散射将是下面三种情况之一(1)弹性散射，保持其光子能量(瑞利散射);(2)由原子系统的准粒子激发(例如，分子振动引起的非弹性散射，因而传给介质能量(斯托克斯散射):或者(3)由介质移除能量引起散射(反斯托克斯散射)。所以拉曼效应包括入射光子和准粒子激发例如声子(晶格振动)的相互作用。就能级图而言，拉曼效应可以用上图。拉曼散射分为两类:自发拉曼散射(SpontaneousRamanScattering)和受激拉曼散射(StimulatedRamanScattering,SRS。自发拉曼散射是热振动声子对入射光的散射，而SRS是强激光与物质相互作用所产生的受激声子对入射光的散射。如果泵浦光的功率超过某一个闭值时，斯托克斯光会在介质内近似指数增长，大部分的泵浦功率都可以转成斯托克斯光，其频率由拉曼增益峰决定，这种现象就叫做受激拉曼散射，这个闭值称为拉曼闭值。下图是自发拉曼散射与受激拉曼散射的能量转移对比图:自发拉曼散射和受激拉曼散射与自发拉曼散射相比，受激拉曼散射表现出以下几个方面的不同,(1)SRS具有明显的阈值特性;(2)SRS光的方向性极好，拉曼散射光的发射角一般可以小到与入射光的发散角相近，常常发生在前向和后向;(3)SRS光的强度极高，可以达到与中心的瑞利散射强度相比拟的程度。(4)SRS的光脉冲有可能变窄，其脉冲宽度有可能比入射光的脉冲宽度还要窄，尤其是后向拉曼散射光具有脉冲压缩的性质。综上所述，可以看到SRS与激光器发出的激光辐射具有非常相似的性质，只是SRS不需要粒子数反转，它的激发态只是一个...
