G与光放大器的泵浦功率.PPT

7.1.4 光纤拉曼放大器FRA 拉曼现象在1928年被发现。 90年代早期，EDFA取代它成为焦点，FRA受到冷遇。 随着光纤通信网容量的增加，对放大器提出新的要求，传统的EDFA已很难满足，FRA再次成为研究的热点。 特别是高功率二极管泵浦激光器的迅猛发展，又为FRA的实现奠定了坚实的基础。 人们对FRA的兴趣来源于这种放大器可以提供整个波段的放大。通过适当改变泵浦激光波长，就可以达到在任意波段进行宽带光放大，甚至可在1270～1670nm整个波段内提供放大。 光纤拉曼放大器 光纤 (a)无泵激光的1550nm传输 光功率(dB) 波长 1550nm 波长 光功率(dB) 1550nm 1450nm 光纤 (b)有泵激光的1550nm传输 1550nm 经光纤传输衰减的光 1450nm 1550nm 如果一个弱信号和一个强泵浦光同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，则弱信号即可被放大。这种基于SRS(受激拉曼散射)机制的光放大器称为光纤拉曼放大器FRA。 FRA原理简介： 物理机制： A.光纤拉曼散射效应（SRS) 一个入射光子（pump)的湮灭，产生一个下移stokes频率的光子和另一个具有相当能量和动量的光学声子 B.与pump光子相差stokes频率的信号光子，经受激散射过程被放大 FRA是靠非线性散射实现放大功能，不需要能级间粒子数反转 光纤拉曼放大器原理简介(1) 频率为?p和?s的泵浦光和信号光通过耦合器输入光纤，当这两束光在光纤中一起传输时，泵浦光的能量通过SRS效应转移给信号光，使信号光得到放大。 峰值增益频移：～13.2THz 反向泵浦为主，也可同向泵浦 支撑技术: 14??nm的大功率泵浦激光器，目前已取得实用化 光纤拉曼放大器原理简介(2) Properties of Raman Scattering in Fibers 特性： 在所有类型光纤中都会发生 峰值增益频移~13 THz (60-100nm) 增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时 增益最大，垂直时增益最小为零 增益谱很宽(125nm)但并不平坦 FRA以传输光纤作为放大介质－分布式放大，从而实现一种“无损耗”传输（可降低入纤光功率，避免非线性效应） 光纤拉曼放大器－超低噪声放大原理 脉 冲 幅 度 z 集中放大 Nonlinear Effects Noise High 分布放大 分立放大的缺点：泵浦功率大(W),对光纤损害. Raman Amplifiers 分布放大 分立放大 机制：拉曼增益与泵浦波长相关 方法：多波长泵浦 增益：各个泵浦波长拉曼增益谱的加权和（以dB为单位） 光纤拉曼放大器－宽带放大原理 Ultraflat amplifier 光纤拉曼放大器的泵浦要求 高能量输出。 消偏输出和偏振混合输出。（拉曼散射增益具有偏振依赖性） 泵浦波长至关重要。信号光在1300nm波段时，最佳泵浦波长约在1220～1240nm，而在1550nm波段时，最佳泵浦波长约在1440～1460nm左右处。高功率双包层拉曼光纤激光器是最佳的泵浦源。 光纤拉曼放大器特性 Advantages: 理论上可以得到任意波长的增益，前提是需要合适的泵浦源； 分布或分立放大均能实现； 使用光纤作为放大介质意味着在线放大的可能，可以减少噪声的积累。 Disadvantages: 泵浦功率高（500mW） Raman放大的优点 （a）增益谱宽：除了覆盖常用的C+L波段，还覆盖了S和S+波段。而常用的EDFA一般只能单独放大C波段或者L波段； （b）增益谱与介质无关：增益谱不是由特定的掺杂元素决定，只要有合适的泵浦光源，光纤透明窗口内任何位置上的信号都可得到放大； （c）增益平坦； （d）噪声低。 Raman放大的缺点 （1）增益较低，需要与EDFA配合使用； （2）泵浦转化效率低，需要瓦级高功率泵浦激光器。 光纤放大器比较 宽带Raman+EDFA光放大器 Raman 放大器 C band EDFA pump filter Raman Fiber Raman+EDFA光放大器增益曲线 几种光放大器的比较 放大器类型 原理 激励方式 工作长度 噪声特性 与光纤耦合 与光偏振关系 稳定性 掺稀土光纤放大器 粒子数反转 光 数米到数十米 好 容易 无 好 半导体光放大器 粒子数反转 电 100?m~1mm 差 很难 大 差 光纤(喇曼)放大器 光学非线性(喇曼)效应 光 数千米 最好 容易 大 好 * * 4 * * 7 nsp粒子数反转因子，F是光放大器的噪声系数 增益G与输入光波长的关系 增益谱G(?)：增益G与信号光波长?的关系。光放大器的增益谱不平坦。 对于给定的放大器长度（EDF长度），增益随泵浦功率