掺铒铌酸锂波导放大器增益特性的理论分析
第3期1999年5月
光学技术OPTICAL TECHN IQU E No.3
May 1999 文章编号:100221582(1999)0320044202
掺铒铌酸锂波导放大器增益特性的理论分析Ξ
陈淑芬,卢文杰,胡维晟
(北京理工大学光电工程系,北京 100081)
摘要:对掺铒铌酸锂(Er 3+
:LiNbO 3)波导放大器在1480nm 泵浦光单向和双向泵浦下的增益特性作
了计算机模拟理论分析,采用二能级速率方程,忽略ESA 的影响,应用数值法得出方程解,优化设计放大器参数。
关键词:掺铒铌酸锂(Er 3+:LiNbO 3);波导放大器
中图分类号:TN252 文献标识码:A
Theoretical analysis of gain of Er 3+doped Li NbO 3w aveguide amplif ier
CHE N Shu 2fen ,LU Wen 2jie ,H U Wei 2sheng
(Department of Opto 2electronics Engineering ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :The characterizes of gain of Er 3+:LiNbO 3waveguide amplifier are studied.LiNbO 3passive waveguide devices are small signal pump light establish on a modeling of quasi 2two level system built specially for pump wavelength at 980nm and neglecting ESA and ASE.The numerical simulation is done for single and double pass configuration respectively.
K ey w ords :Er 3+:LiNbO 3;waveguide amplifer
一、引言
自从80年代[1,2]欧洲和北美洲开始研究掺稀土元素(Er 3+或Nd 3+)的铌酸锂LiNbO 3主动波导器件以来,它的应用前景受到广泛注意。与掺杂稀土元素的光纤元器件相比,它有其独到之处。众所周知,LiNbO 3晶体具有良好的电光、声光及非线性特性,可以制作高品质的声光调制器、电光调制器、偏振器、滤波器、光开关等无源器件;用掺杂(Er 3+或Nd 3+)铌酸锂LiNbO 3制作放大器和激光器波导器件,除了具有很好的温度稳定性、窄线宽之外,还可与铌酸锂被动器件实现光集成,将各种有源和无源波导器件集成在一块芯片上。尽管半导体波导器件发展至今已有35年的历史,已商业化,但在发展高速(大于10Gb/s )器件时半导体波导器件的开关速率受到材料本身特性的限制难以做到更高。而
LiNbO 3器件目前已达到100GHz 调制速率[3],正向更
高的带宽速率研究开发,但这两种材料的器件无法集成在一起。因而掺杂(Er 3+或Nd 3+)铌酸锂LiNbO 3放大器和激光器的出现,将有利于集成光学的发展。本文将对掺铒铌酸锂Er 3+:LiNbO 3波导放大器1480nm 泵浦光单向和双向泵浦下的增益特性作计算机
模拟理论分析,采用二能级速率方程,忽略ESA (激发态吸收)的影响,应用数值法得出方程解,用于优化设计放大器参数。
二、理论基础
我们在铌酸锂晶体上的掺铒浓度分别为012at 1%、014at 1%、0
15at 1%和1at 1%,它们的吸收谱和发射谱已经测出,其测量结果表明它有几个强吸收带和辐射带(如图1所示)。
图1 Er 3+:LiNbO 3能级图
图1描绘出中心频率在λ=300nm 、520nm 、650nm 、800nm 、980nm 和1480nm 附近的强GSA (基态吸收)峰和两个ESA 峰。如果在波长为λ=980nm 的泵浦光(4I 11/2～4I 15/2)激励下,将会出现很强烈的ESA ,它的
4
4Ξ收稿日期:1998204220
作者简介:陈淑芬(19552),女,河北人,北京理工大学教授,从事光电子研究。
发射截面σESA >3σGSA 。如果用λ=1480nm 的泵浦光激励(4I 13/2～4I 15/2),则在4I 13/2～2H 11/2之间的ESA 非常小而可以忽略。考虑到吸收发射的量子效率,我们选择λ=1480nm 作为泵浦光波长。
各向同性介质的光谱吸收和辐射截面的计算可以方便地得出,但是对于各向异性介质(如Er 3+:LiNbO 3)却并不容易。掺铒铌酸锂晶体(Er 3+:LiNbO 3)的吸收和辐射截面由晶体的切向、光的传输方向、偏振态甚至是折射率和测量温度所决定。每个主能级由于Stark 效应的影响可分裂成多个(J +1/2)非兼并的子能级,其
中4I 13/2带激发态有7个亚能级、4
I 15/2基态有8个能级。每个能级都服从玻尔兹曼能级分布,跃迁可发生在这些子能级间。它们的辐射截面(σe )、吸收截面(σab )如表1所示。
表1 不同偏振态下吸收截面与辐射截面的数据(300K )
切向/传输方向偏振态模σab (×10-20)4λp
/nm σe (×10-20)λs /nm z 2切
/x ,y x 2切/z σ⊥TE (o ) 1.9214840.8041563π∥TM (e ) 1.2514790.4751576
α⊥TM (o )0.51484 2.251531
其中“⊥”和“∥”表示光矢偏振方向与其传播方向垂直或平行;λs 为信号光波长。我们还给出了x 切z 方向传播和z 切x 或y 方向传播的辐射和吸收截面的数据。
对于放大器,增益是最重要的参数,所以我们对其
进行了模拟计算。
λ=1480nm 波长泵浦下的二能级速率方程
d N 2(z ,t )d t =σαs Γs h νs A P s N 1-σαs Γs h νs A
P s N 2+
σαp Γp h νp A (P +p +P -p )N 1-σα
p Γp h νp A
(P +p +P -p )N 2-A 21N 2N 1(z ,t )+N 2(z ,t )=N 0
d P +p d z
=P +p Γp (σe
p N 2-σαp N 1)d P -p d z
=-P -p Γp (σe
p N 2-σαp N 1)d P ±s
d z
=±P ±s Γs (σe
s N 2-σαs N 1)式中N 1、N 2为上下能级的粒子数密度;N 0是粒子数
总密度即波导中的掺杂浓度;P s 、P p 是信号光与泵浦光的功率,上标“±”表示正反传播方向;σs ,σp 标注“
a ”和“e ”分别表示信号光和泵浦光的吸收和发射截面;Γs ,Γp 分别表示信号光、
泵浦光与激活区的模式重叠因子;νs ,νp 分别表示信号光与泵浦光的频率;A 21=1/τ为上能级的自发辐射系数;A 是波导中激活区的面积。我们根据波导中单模传输条件即对某一波长,根据波导各层的折射率,来确定波导激活区尺寸。波导的折射率、激活区尺寸等参数将在制作工艺中得到控制。我们在
稳态条件下对放大器增益进行分析。
三、计算结果
1.我们对不同掺杂浓度下对增益的数值计算结果如图2所示,掺铒浓度分别为015at.%和1at.%。
图2 在掺杂浓度为0.5at.%和1at.%时
增益与泵浦功率之间的关系
实际上,放大器的增益并不仅仅依赖于掺杂浓度,
还与光学损伤有关系,晶体生长过程中,高浓度的掺杂导致了光学损伤显著增加,因此大大地增加了损耗。图2所示的结果仅仅表示在忽略光学损伤的情况下得到的、在理论上能达到的最佳结果。计算结果显示,对于掺杂浓度为1at.%时最大增益为312dB ,而掺杂浓度为0.5at.%时最大增益为1.3dB ,以下的计算均取掺杂浓度为0.5at.%。
图3 在0.5at.%掺杂浓度下x 2切与z 2切
的晶体的增益与泵浦之间的关系
图4 在0.5at.%掺杂浓度下增益与波导长度之间的关系
2.图3为不同切向的波导增益和泵浦功率的关
(下转第47页)
第3期 陈淑芬,等: 掺铒铌酸锂波导放大器增益特性的理论分析
图1 暗适应测试仪结构图
三、测试仪的硬件构成
暗适应测试仪的硬件框图如图2所示
。
图2 测试仪硬件框图
在测试前被测者的编号由代码拨盘通过接口电路
送入单片计算机存贮,同时在数码显示器上显示。若有误可随意修改。测试仪的键盘设置了启动键、测试结果显示键、测试/练习键、E 字视标的四个方向键及复位键。当被测者准备好时,按下启动键测试开始。单片机通过驱动电路将强光灯点亮,30s 后使其熄灭。同时,通过驱动电路使视标灯点亮并开始计时,其计时精度为万分之一秒。显示器显示的时间为毫秒量级。当被测者看清视标并按下手握键时,计时结束。单片机此时所计时间为其暗适应时间。此次测试结果是否有效,取决于被测者按下的视标方向键与点亮的视标灯E 字方向是否一致。若一致则测试结果有效,由打印机打印出测试报告。其内容为:被测者代码、暗适应时间及年月日。为消除被测者的心理压力,允许被测者先进行测试练习。通过键盘可设置测试仪为练习状态,练习状态下打
印机不工作。测试结果由显示器显示。
四、测试仪的软件设计图3 测试仪程序框图测试仪的软件框图如图3所示。
该软件程序由MCS —51汇编语言编写。采用子程序结构,便于编程及调试。其中有读拨盘子程序,键盘扫描子程序,显示子程序、测试子程序及打印子程序等。
五、结语
暗适应测试仪对长春市公交公司的驾驶员进行测试,并对其进行事故统计分析。分析结果表明驾驶员的暗适应能力与事故有密切的关系。因此,该项指标作为驾驶员身体素质条件的检查项目是十分必要的。暗适应测试仪已在
长春市公安局医疗门诊部使用,收效良好。 参考文献:
1 荆其诚等著1人类视觉[M ]1北京:科学出版社,19872 冯桂炎主编1交通管理与控制[M ]1北京:人民交通出版
社,1995
3 赵依军编著1单片微机接口技术[M ]1北京:人民邮电出
版社,1989
(上接第45页)
系,从模拟结果看偏振方向对增益的影响比较显著。
我们还对增益和波导长度的关系进行模拟计算,结果如图4所示。增益和波导长度近似线性关系,图4还表明双向泵浦和单向泵浦的增益相比较,由于增益饱和的影响,增益差别不是很明显。
上述计算结果是在我们选择如下放大器参数的优化条件下得到的:对于z 切,泵浦光波长为1479nm ,信号光波长为1576nm ,折射率差为0.001时单模波导宽
度为12
μm ;0.002时为8.5μm ,其最大增益为1.3dB/cm 。对于x 切的波导,泵浦光波长1484nm ,信号光的波长为1531nm ,折射率差为0.001时的波导宽度为
11.6
μm ;折射率差为0.002时的波导宽度为8.5μm ,最大增益为1.8dB 。 四、结论
对掺铒铌酸锂(Er 3+:LiNbO 3)波导放大器做了理
论分析。对1480nm 泵浦光单向和双向泵浦下的增益特性作了计算机模拟,采用二能级速率方程,忽略ESA 的影响,得出不同掺杂浓度,传播长度,偏振态泵浦功率对增益的影响。应用数值法得出方程解,得到优化设计的放大器参数。 参考文献:
1 Lallier E ,Pocholle J P ,Papaehon M ,De Micheli M.LiNbO 3
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3 Liang J Y ,Aitchison C S.Proceeding of IOOC ’95[C ].
Hongkong ,J uly 1995,3:96-97
4 曹望和等1Lightwave technology ,1994,12(5):803-809
第3期 辛德胜,等: 驾驶员暗适应测试仪的研究
大功率1550nm铒镱共掺光纤放大器
大功率1550n m 铒镱共掺光纤放大器 说明书
前言 本手册适用于高功率光纤放大器(HPEDFA)；主要阐述了该产品的性能特点、技术参数、安装调试和常见故障处理等相关内容。为了确保设备能被顺利安装和安全运行，敬请用户在安装调试本设备前，务必仔细阅读本手册，并严格按照手册上规定的操作步骤进行安装调试，以免对设备造成不必要的损坏，或对操作人员造成意外伤害；如有疑问，请及时与本公司联系。 特别提示： ■铒镱共掺光纤放大器是高档专业设备，其安装调试必须由专业技术人员进行操作，并在操作前仔细阅读本手册，以免因误操作而损坏设备，或对操作人员造成意外伤害。 ■在光纤放大器工作时，位于前面板的光信号输出适配器内会有不可见的激光束射出，应避免光信号输出口对准人体，更不能用肉眼直视光输出口，以免对人体、人眼造成永久性伤害！！！ ■设备在加电工作前，应先确认机壳和电源插座的接地端已可靠接地（接地电阻应＜4Ω），以免静电损坏激光器件，并防止机壳带电而对人体造成伤害。■为了确保设备能长期稳定工作，在电网电压不稳定或电压波形较差的地区，建议用户为设备配置专用的交流稳压电源，有条件的用户更可配置不间断稳压电源（UPS）系统；在环境温度变化太大或机房环境较差（设备的理想工作环境温度为25℃）的地区，建议用户为设备配置专用的空调系统，以改善设备的工作环境。
目录 一、应用................................................................. - 4 - 二、性能特点............................................................. - 4 - 三、原理框图............................................................. - 4 - 四、技术参数............................................................. - 5 - 4.1 技术参数......................................................... - 5 - 4.2型号与功率对照表................................................. - 6 - 五、外部功能说明......................................................... - 6 - 5.1前面板说明....................................................... - 7 - 5.2后面板说明....................................................... - 8 - 5.2.1 DC电源模块介绍............................................ - 8 - 六、菜单系统............................................................. - 8 - 6.1显示参数说明..................................................... - 8 - 6.1.1 主菜单..................................................... - 8 - 6.1.2 显示菜单.................................................. - 10 - 6.1.3 设置菜单.................................................. - 11 - 6.1.4 警告菜单.................................................. - 12 - 七、通讯设置说明........................................................ - 13 - 7.1通讯接口说明.................................................... - 13 - 八、安装调试............................................................ - 13 - 8.1开箱检查........................................................ - 13 - 8.2仪器和工具...................................................... - 14 - 8.3安装步骤........................................................ - 14 - 九、售后服务说明........................................................ - 14 - 十、光纤活动连接头的清洁维护方法........................................ - 15 - 十一、免责申明.......................................................... - 15 -
实验十二掺铒光纤放大器(edfa)的性能测试
实验十二掺铒光纤放大器（EDFA）的性能测试 一、实验目的 1. 了解掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理、基本结构及相关特性； 2. 测试掺铒光纤放大器（EDFA）的各种参数，并根据测量的参数计算增益、输出饱和功率和噪声系数； 二、实验原理 在光纤放大器实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号，即所谓的O—E—O光电混合中继。但随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，于是中继部分成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。光纤放大器的出现解决了这一难题，其不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了损耗对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了C＋L波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。 在目前实用化的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤喇曼放大器（FRA）等，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV 网、军用系统（雷达多路数据复接、数据传输、制导等）等领域。在系统中EDFA有三种基本的应用方式：功率放大器（Power booster-Amplifier）、中继放大器（Line-Amplifier）和前置放大器（Pre-Amplifier）。它们对放大器性能有不同的要求，功放要求输出功率大，前放对噪声性能要求高，而中放两者兼顾。 1．掺铒光纤放大器的工作原理 Er3+能级图及放大过程：掺铒光纤放大器之所以能放大光信号的基本原理在于Er3＋吸收泵浦光的能量，由基态4I15/2跃迁至处于高能级的泵浦态，对于不同的泵浦波长电子跃迁到不同的能级，当用980nm波长的光泵浦时，如图15-1所示，Er＋3从基态跃迁至泵浦态4I11/2。由于泵浦态上的载流子的寿命只有1μs，电子迅速以非辐射方式由泵浦态豫驰至亚稳态，在亚稳态上载流子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子不断累积，从而实现粒子数反转分布。当有1550nm的信号光通过已被激活的铒光纤时，在信号光的感应下，亚稳态上的粒子以收集受激辐射的方式跃迁到基态，同时释放出一个与感应光子全同的光
拉曼光纤放大器的优化设计
分类号：O437 U D C：D10621-408-(2015)0922-0 密级：公开编号：34 成都信息工程大学 学位论文 拉曼光纤放大器的优化设计 论文作者姓名：唐洪 申请学位专业：电子科学与技术 申请学位类别：工学学士 指导教师姓名(职称)：何修军（副教授） 论文提交日期：2015年05月26日
拉曼光纤放大器的优化设计 摘要 拉曼光纤放大器(FRA)的工作原理是基于受激拉曼散射，是迄今为止唯一能在1270 nm到1670 nm的全波段上进行光放大的器件。本文主要介绍了FRA的发展历史和现状，受激拉曼散射效应基本原理，以及拉曼光纤放大器的工作原理。介绍了其系统构成，包括增益介质，泵浦源，无源器件，并且在其工作原理的基础上，对特性进行分析，包括增益，噪声，偏振相关性，温度等。根据对基本理论的的理解，运用optisystem软件优化仿真，对于优化仿真，本论文中做到的是通过对拉曼光纤放大器的阵列泵浦波长，泵浦功率，光纤有效作用面积，光纤长度的优化，达到增益的最大值。 关键词：拉曼光纤放大器；受激拉曼散射效应；优化仿真；阵列泵浦
Optimal Design of Raman Fiber Amplifier Abstract The Raman fiber amplifier's working principle is based on the stimulated Raman scattering, which is the only device that can be optically amplified in the full band of 1670 nm to 1270 nm. This paper introduced the history and current situation of the FRA, the basic principle of Raman scattering, and the working principle of Raman fiber amplifier. And its system structure, including the gain medium, pump source and passive components are introduced.On the basis of the working principle, the paper analyses its characteristics, including the gain, noise, polarization dependence, temperature, etc.According to the basic theory of the understanding,it is used optisystem software to optimize simulation. For optimize simulation, the paper is done by array pump's wavelength, power, the fiber area, fiber length optimized in order to achieve maximum gain. Key words: Raman fiber amplifier; stimulated Raman scattering; optimization simulation; array pump
掺铒铌酸锂波导放大器增益特性的理论分析
第3期1999年5月 光学技术OPTICAL TECHN IQU E No.3 May 1999 文章编号:100221582(1999)0320044202 掺铒铌酸锂波导放大器增益特性的理论分析Ξ 陈淑芬,卢文杰,胡维晟 (北京理工大学光电工程系,北京 100081) 摘要:对掺铒铌酸锂(Er 3+ :LiNbO 3)波导放大器在1480nm 泵浦光单向和双向泵浦下的增益特性作 了计算机模拟理论分析,采用二能级速率方程,忽略ESA 的影响,应用数值法得出方程解,优化设计放大器参数。 关键词:掺铒铌酸锂(Er 3+:LiNbO 3);波导放大器 中图分类号:TN252 文献标识码:A Theoretical analysis of gain of Er 3+doped Li NbO 3w aveguide amplif ier CHE N Shu 2fen ,LU Wen 2jie ,H U Wei 2sheng (Department of Opto 2electronics Engineering ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :The characterizes of gain of Er 3+:LiNbO 3waveguide amplifier are studied.LiNbO 3passive waveguide devices are small signal pump light establish on a modeling of quasi 2two level system built specially for pump wavelength at 980nm and neglecting ESA and ASE.The numerical simulation is done for single and double pass configuration respectively. K ey w ords :Er 3+:LiNbO 3;waveguide amplifer 一、引言 自从80年代[1,2]欧洲和北美洲开始研究掺稀土元素(Er 3+或Nd 3+)的铌酸锂LiNbO 3主动波导器件以来,它的应用前景受到广泛注意。与掺杂稀土元素的光纤元器件相比,它有其独到之处。众所周知,LiNbO 3晶体具有良好的电光、声光及非线性特性,可以制作高品质的声光调制器、电光调制器、偏振器、滤波器、光开关等无源器件;用掺杂(Er 3+或Nd 3+)铌酸锂LiNbO 3制作放大器和激光器波导器件,除了具有很好的温度稳定性、窄线宽之外,还可与铌酸锂被动器件实现光集成,将各种有源和无源波导器件集成在一块芯片上。尽管半导体波导器件发展至今已有35年的历史,已商业化,但在发展高速(大于10Gb/s )器件时半导体波导器件的开关速率受到材料本身特性的限制难以做到更高。而 LiNbO 3器件目前已达到100GHz 调制速率[3],正向更 高的带宽速率研究开发,但这两种材料的器件无法集成在一起。因而掺杂(Er 3+或Nd 3+)铌酸锂LiNbO 3放大器和激光器的出现,将有利于集成光学的发展。本文将对掺铒铌酸锂Er 3+:LiNbO 3波导放大器1480nm 泵浦光单向和双向泵浦下的增益特性作计算机 模拟理论分析,采用二能级速率方程,忽略ESA (激发态吸收)的影响,应用数值法得出方程解,用于优化设计放大器参数。 二、理论基础 我们在铌酸锂晶体上的掺铒浓度分别为012at 1%、014at 1%、0 15at 1%和1at 1%,它们的吸收谱和发射谱已经测出,其测量结果表明它有几个强吸收带和辐射带(如图1所示)。 图1 Er 3+:LiNbO 3能级图 图1描绘出中心频率在λ=300nm 、520nm 、650nm 、800nm 、980nm 和1480nm 附近的强GSA (基态吸收)峰和两个ESA 峰。如果在波长为λ=980nm 的泵浦光(4I 11/2～4I 15/2)激励下,将会出现很强烈的ESA ,它的 4 4Ξ收稿日期:1998204220 作者简介:陈淑芬(19552),女,河北人,北京理工大学教授,从事光电子研究。
拉曼光纤放大器原理和性能分析与进展
前言：随着通信业务需求的飞速增长，对光纤传输系统的容量和无中继传输距离的要求越来越高。密集波分复用（DWDM）通信系统的速率和带宽不断提升，以10Gbit/s甚至更高速率为基础的密集波分复用系统必然成为主流的光传输系统。掺铒光纤放大器（EDFA）由于其增益平坦性等局限性，已经不能完全满足光通信系统发展的要求。而相对于掺铒光纤放大器，光纤拉曼放大器具有更大的增益带宽、灵活的增益谱区、温度稳定性好以及放大器自发辐射噪声低等优点，光纤拉曼放大器是唯一能在1292~1660nm的光谱上进行放大的器件。并且，拉曼散射效应在所有类型的光纤上都存在，与各类光纤系统具有良好的兼容性，包括已铺设和新建的各种光纤链路。 拉曼现象早在1928年就被Chandrasekhara Raman所发现，在此之后就有人提出了利用这种效应来实现光的放大。但在很长时间内拉曼光纤放大器未能获得广泛应用，甚至在EDFA出现后一度销声匿迹，关键原因在于缺乏合适的大功率泵浦激光器。由于EDFA的广泛应用，它所用的1480nm大功率泵浦激光器得到了深入的研究和开发，这就使拉曼放大器成为可能。 总体上说解决RFA泵浦源共有3个解决方案：一是大功率LD及其组合，其特点是工作稳定、与光纤耦合效率高、体积小、易集成，是最佳的选择；二是拉曼光纤激光器；三是半导体泵浦固体激光器。但后二者都存在稳定性及与光纤耦合的问题。 受激拉曼散射原理：在一些非线性介质中，高能量（高频率）的泵浦光散射，将一部分能量转移给另一频率的光束上，频率的下移量是分子的振动模式决定的。用量子力学可以作如下解释：一个高能量的泵浦光子入射到介质中，被一个分子吸收。电子先从基态跃迁至虚能级，虚能级的大小是由泵浦光的能量决定的。然后，虚能级电子在信号光的感应作用下，回到振动态的高能级，同时发出一个和信号光相同频率，相同相位，相同方向的光，我们称之为斯托克斯光子。从而进行信号光的放大。 拉曼光纤放大器相对于掺铒光纤放大器有明显不同：（1）理论上只要有合适的拉曼泵浦源，就可以对光纤窗口内任一波长的信号进行放大，因此它具有很宽的增益谱；（2）可以利用传输光纤本身作增益介质，此特点使光纤拉曼放大器可以对光信号的放大构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通讯等不方便建立中继站的场合；（3）可以通过调整各个泵浦的功率来动态调整信号增益平坦度；（4）具有较低的等效噪声指数，此特点使其与常规的掺铒光纤放大器混合使用时可大大降低系统噪声指数。光纤拉曼放大器的性能决定了它在未来高速、大容量光纤通信系统中将发挥关键作用。 除了上述优点以外，拉曼光纤放大器也存在一些缺点，比如：所需的泵浦光功率高，分立式要几瓦到几十瓦，分布式要几百毫瓦；作用距离长，分布式作用距离要几十至上百千米，只适合于长途干线网的低噪声放大；泵浦效率低，一般为（10～20）%；增益不高，一般低于15dB；高功率泵浦输出很难精确控制；增益具有偏振相关特性；信道之间发生能量交换,引起串音。 拉曼光纤放大器主要应用 （1）提高系统容量。传输速率不变的情况下，可通过增加信道复用数来提高系统容量。开辟新的传输窗口是增加信道复用数的途径，拉曼光纤放大器的全波段放大恰好满足要求。分布式拉曼光纤放大器的低噪声特性可以减小信道间隔，提高光纤传输的复用程度，提高传输容量。 （2）拓展频谱利用率和提高传输系统速率。拉曼光纤大器的全波段放大特性使得它可以工作在光纤整个低损耗区，极大地拓展了频谱利用率，提高了传输系统速率。分布式拉曼光纤放大器是将现有系统的传输速率升级到40 Gbit/s的关键器件之一。拉曼光纤放大器已广泛应用于光纤传输系统中，特别是超长跨距的光纤传输系统，如跨海光缆，陆地长距离光纤干线等。 （3）增加无中继传输距离。无中继传输距离主要是由光传输系统信噪比决定的，分布式拉曼光纤放大器的等效噪声指数极低（-2～0dB），比EDFA的噪声指数低4.5dB，利用分布式拉曼光纤放大器作前置放大器可明显增大无中继传输距离。
拉曼放大器.doc
主要分析了泵浦光之间的受激拉曼散射，信号光之间的受激拉曼散射，泵浦光的个数，泵浦光功率以及泵浦光波长对拉曼增益曲线平坦度的影响。 一、受激拉曼散射对拉曼增益的影响 当泵浦光在光纤内传输时，不同的泵浦光之间会产生受激拉曼散射效应，即短波长泵浦光会对长波长泵浦光产生拉曼放大。因此，长波长泵浦光会从短波长泵浦光处获取能童，使得长波长信号光的拉曼增益明显增大。同样，在信号光之间也存在着受激拉曼散射作用，长波长信号光会吸收短波长信号光的能量而被放大。 建立如下图1所示的仿真模型，仿真分析了5路后向泵浦功率沿光纤的传输演化。在光纤的末端，每路泵浦光的入纤功率都是100mw，但是经过50km光纤传输后，各自功率的演化呈现不同的趋势。波长最长的泵浦(1495nm)得到了拉曼增益，而波长最短的泵浦(1420nm)衰减的最快。产生这一现象的原因就是受激拉曼散射导致能量由短波长泵浦向长波长泵浦发生传递。 在相同的泵浦参数下，考虑泵浦与泵浦之间和信号与信号之间的受激拉受散射效应后，拉曼增益曲线也会受到一定的影响。图2所示为5路泵浦光作用下对1556.78nm-1591.98nm波长范围内44路信号光进行放大时，泵浦间、信号间受激拉受散射对拉曼增益曲线的影响。 图1 仿真模型
（a）输入光纤前的泵浦光 （b）输入的44路信号光
（c）放大后的44路信号光 图2 输入的信号光、泵浦光和放大后的信号光波形图 二、泵浦源功率对拉曼增益的影响 对于给定的拉曼增益值，所需的泵浦功率与诸多因素有关，如拉曼增益系数、光纤的类型和长度、偏振的影响等。为了合理的比较功率分布对拉曼增益的影响，应该保证泵浦源的个数、波长、输入总功率以及其它参数均相同。我们选用波长分别为1420nm、1435mn、1450nm、1465nm和1495nm的5路后向泵浦光，总的泵浦输入功率为340mw，对不同泵浦输入功率的情况进行了模拟，如图3所示。合理配置泵浦功率后得到的增益曲线如图4所示，功率分别为60w、80w、 45mw、50mw和105mw。
增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器及其应用
增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器及其应用 增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器及其应用 摘要：波分复用是光纤CATV系统进一步升级的主要方向。本文对增益平坦型铒镱共掺双包层光纤放大器（GF-EYDCFA）进行了理论和实验研究，相关数据表明，武汉光迅科技股份有限公司（简称光迅科技）开发的GF-EYDCFA能实现1543-1565nm范围内多波长光信号的增益均衡放大，其输出功率在1W以上，增益平坦度(<0.25dB)和噪声指数(<5.5dB)等关键指标均达到掺铒光纤放大器（EDFA）的水平。结合光迅科技相关产品的应用实例，本文还讨论了GF-EYDCFA在波分复用光纤CATV系统中的应用，分析表明，GF-EYDCFA能弥补EDFA功率水平偏低的不足，同时解决级联EDFA 造成的增益平坦度劣化问题。 关键字：EDFA，WDM，铒镱共掺，双包层光纤，CATV 1引言 光纤，因其近乎无限的带宽，成为信息爆炸时代无可替代的信息传输媒质，而波分复用（WDM）方式则是利用光纤带宽的最有效方法。目前主干网的光传输都利用了WDM 技术，而光纤CATV系统还是以单波长应用为主，因此光纤的带宽利用率很低。今后，随着CATV网络容量的增加以及业务管理灵活性的提高，应用WDM技术的光纤CATV 系统会越来越受到重视。 掺铒光纤放大器（EDFA），因其补偿了光纤线路中C（L）波段光信号的衰减，极大地延长了中继距离，是光纤通信蓬勃发展的关键因素。对于光纤CATV网，其光功率分配数目一般都比较大，因此对光放大器的输出功率要求都比较高。而由于EDFA的单模泵浦机理限制了泵浦功率（980nm/1480nm）水平，传统的EDFA很难实现高功率输出或者单位功率的成本非常昂贵，据了解，目前商用EDFA的最大饱和输出功率为500mW 左右，这显然很难满足光纤CATV系统的应用要求。为了获得高功率输出，铒镱共掺双
掺铒光纤放大器的设计..
东北石油大学课程设计 2014年3月7日
东北石油大学课程设计任务书 课程光电子技术课程设计 题目掺铒光纤放大器的设计 专业电子科学与技术姓名苗培梓学号100901240106 主要内容、基本要求、主要参考资料等 1、主要内容： 的掺铒光纤放通过学习光纤放大器的原理，设计一个能够对波长为1.55m 大器。 2、基本要求 要求在论文中写出掺铒光纤放大器的工作原理，结构与特性，以及优点与应用。 3、参考文献： [1] 刘增基，周洋溢著，光纤通信，西安电子科技大学出版社，2002.6. [2] 雷肇棣著，光纤通信基础，电子科技大学出版社，1999. [3] 马养武，包成芳，光电子学，浙江大学出版社，2003.3. 完成期限2014.3.3 ~2014.3.7 指导教师 专业负责人 年月日
第1章概述 掺铒光纤放大器，即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器，是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件，在使用光纤的通信系统中，不需要将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。 1.1研究意义 众所周知，现今是信息时代，社会信息化进程正在逐渐的深入，整个社会受信息运行的影响也随之越来越大，随着因特网的普及和网上应用，使人们对一些新型信息服务的需求越来越迫切，例如家庭办公、远程教育、电子商务等，因此这就需要用到功能强大的通信网络，光纤通信作为一种理想的通信手段，具有了诸如较大的通信容量、较长的无中继通信距离、良好的保密性等许多的优点，这使得光纤通信取代其它通信手段是一种必然的趋势。 在光放大器中，掺铒光纤放大器，即EDFA，的技术比较成熟，自身性能较好，所以它的应用比较广泛。它具有高增益、低噪声、输出功率大、串话小，对温度偏振不敏感，藕合效率高，易与传输光纤藕合连接，损耗低，不易自激，对信号速率和格式透明，并具有几十纳米的放大带宽等优点。由于它几乎接近完美的特性及半导体泵浦源的使用，导致了它在波分复用系统中的广泛应用，随着光纤通信向速度更快、带宽更大方向的发展，随之对掺铒光纤放大器的性能也有着更高的要求。 1.2发展趋势及其前景 掺铒光纤放大器的研究始于60年代早期，E.Snitzer发现掺铒玻璃对1.50微米波长的激光有放大作用，提出了掺杂光纤放大器的设想，但由于当时未能解决热淬灭效应问题，而且随后出现了半导体光放大器，使得掺铒光纤放大器的研究停滞不前。直到80年代中期，南安普敦大学的研究人员通过改进的化学气相沉积法（MCVD）成功研制出了掺铒光纤，并在之后制作出了利用650nm波长50mW 的红染料激光器为泵浦的EDFA具有25dB的小信号增益；几乎同时贝尔实验室
第四次实验报告-测量掺铒光纤放大器放大特性
现代通信光电子学实验报告 实验名称：测量掺铒光纤放大器放大特性 学生姓名： 学号： 同组学生姓名：何子力 实验日期：2017.5.14 报告提交日期：2017.5.28
目录 一、实验目的和要求 (1) 二、实验内容和原理 (2) 2.1 掺铒光纤放大器的工作原理 (2) 2.2 增益特性分析 (5) 三、主要仪器设备 (6) 四、操作方法与实验步骤 (6) 五、实验结果记录 (9) 六、实验结果分析 (12) 七、结论与思考 (15) 八、参考资料 (16) 九、附件 (16)
一、实验目的和要求 1、了解掺铒光纤放大器的工作原理 2、理解惨耳光纤放大器（EDFA）的基本结构和功能； 3、测试掺铒光纤放大器（EDFA）的各种参数并通过测量的参数计算增益， 输出饱和功率，噪声系数 4、了解影响掺铒光纤放大器放大率的因素 5、了解怎样使用实验仪器 6、确定掺铒光纤放大器工作的临界状态，绘制放大特性曲线 二、实验内容和原理 在光纤放大器实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号，即所谓的O—E—O光电混合中继。但随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，于是中继部分成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。光纤放大器的出现解决了这一难题，其不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了损耗对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了C＋L波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用、密集波分复用、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。
各种放大器及它们的特点
各种放大器及它们的特点 1.通用型集成运算放大器 通用型集成运算放大器是指它的技术参数比较适中，可满足大多数情况下的使用要求。通用型集成运算放大器又分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅰ型属低增益运算放大器，Ⅱ型属中增益运算放大器，Ⅲ型为高增益运算放大器。Ⅰ型和Ⅱ型基本上是早期的产品，其输入失调电压在2mV左右，开环增益一般大于80dB。 2.高精度集成运算放大器 高精度集成运算放大器是指那些失调电压小，温度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的运算放大器。这类运算放大器的噪声也比较小。其中单片高精度集成运算放大器的失调电压可小到几微伏，温度漂移小到几十微伏每摄氏度。 3.高速型集成运算放大器 高速型集成运算放大器的输出电压转换速率很大，有的可达2~3kV/μS。 4.高输入阻抗集成运算放大器 高输入阻抗集成运算放大器的输入阻抗十分大，输入电流非常小。这类运算放大器的输入级往往采用MOS管。 5.低功耗集成运算放大器 低功耗集成运算放大器工作时的电流非常小，电源电压也很低，整个运算放大器的功耗仅为几十微瓦。这类集成运算放大器多用于便携式电子产品中。 6.宽频带集成运算放大器 宽频带集成运算放大器的频带很宽，其单位增益带宽可达千兆赫以上，往往用于宽频带放大电路中。 7.高压型集成运算放大器 一般集成运算放大器的供电电压在15V以下，而高压型集成运算放大器的供电电压可达数十伏。 8.功率型集成运算放大器 功率型集成运算放大器的输出级，可向负载提供比较大的功率输出。 9.光纤放大器 光纤放大器不但可对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；由于这项技术不仅解决了衰减对光网络传输速率与距离的限制，更重要的是它开创了1550nm频段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用（WDM）、密集波分复用（DWDM）、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。在目前实用化的光纤放大器中主要有掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤拉曼放大器（FRA）等，其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV网、军用系统（雷达多路数据复接、数据传输、制导等）等领域，作为功率放大器、中继放大器和前置放大器。 光纤放大器一般都由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成。目前光纤放大器主要有掺铒光纤放大器、半导体光放大器和光纤拉曼放大器三种，根据其在光纤网络中的应用，光纤放大器主要有三种不同的用途：在发射机侧用作功率放大器以提高发射机的功率；在接收机之前作光预放大器以极大地提高光接收机的灵敏度；在光纤传输线路中作中继放大器以补偿光纤传输损耗，延长传输距离。
掺铒光纤放大器(电子版) 2
光纤通信技术课程设计
掺铒光纤放大器(EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier)的设计 0概述 光线通信中采用光纤来传输光信号，一般它会受到两个方面的限制：损耗和色散。 就损耗而言，目前光纤的典型值在1.3um波段为0.35dB/km，在1.55um波段为0.20dB/km，由于光纤损耗的限制，所以在无中继传输距离一般为50—100km。20世纪80年代末期，波长为1.55um的摻铒光纤放大器（EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier）的研制成功并投入使用，打破了光纤通信传输距离受光纤色散和损耗的制约，使全光通信距离延长至几千公里，给光纤通信带来了革命性变化，把光纤通信技术推向一个新的高度，成为光纤通信发展史上一个重要的里程碑。 1 摻铒光纤放大器的工作原理 铒是一种稀土元素，原子序数三68，原子量为167.3。铒的自由离子具有不连续的能级，当Er3+被结合到硅光纤时，它们的每个能级被分裂为许多紧密相关的能级---能带。 而能带的作用是，第一：使EDFA对光信号的放大不只是单个波长而是一组波长的能力，即在一段波长范围内的光波长都可以得到放大；第二：避免了细调泵浦激光波长。 下图1是掺铒光纤放大器的工作原理，说明了光信号被放大的原因。EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，信号光诱导实现受激辐射放大。从图1可以看出，在掺铒光纤放大器中，铒离子有三个能级：能级1代表基态，能量是最低的；能级2是亚稳态，处在中间能级；能级3代表激发态，能量最高。 Er3+在未任何光激励的情况下，处于最低能级基态上。在泵浦光的作用下，当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，电子不断从基态能级吸收泵浦光的能量跃迁到激发态，但是电子在激发态的生存期很短，而且激发态是很不稳定的，平均寿命为1us，电子迅速以“非辐射方式跃迁至亚稳态，在亚稳态上电子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子数积累，从而实现粒子数反转分布；铒离子被泵浦光不断地泵浦到亚稳态上，此时电子在亚稳态上生存期较长（~10ms），不断地积累实现粒子数反转分布。 图1
LaF_3_Er_Yb纳米颗粒掺杂有机_无机杂化材料制备光波导放大器及特性研究
LaF 3∶Er ,Yb 纳米颗粒掺杂有机Π无机杂化材料制备 光波导放大器及特性研究 3 张 丹1) 王兆明2) 王艳双1) 薄淑辉3) 甄 珍3) 张大明 1) 1)(集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区,吉林大学电子科学与工程学院,长春 130012) 2)(吉林大学应用技术学院,长春 130012)3)(中国科学院理化技术研究所,北京 100080)(2007年7月10日收到;2007年11月21日收到修改稿) 采用LaF 3∶Er ,Y b 纳米颗粒掺杂有机Π无机杂化材料作为有源材料,制备了掩埋条形结构光波导放大器,研究了放大器在室温下的增益特性和波导中的频率上转换现象.当抽运功率60mW 时,波导中明显可见绿色上转换发光,观测到Er 3+从2H 9/2,2H 11/2,4S 3/2,4F 9/2到基态4I 15/2跃迁分别对应的4个波长分别为405nm ,520nm ,544nm 和 650nm 的发射峰,分析了其产生机理.当输入信号光016mW ,抽运功率160mW 时,在1535nm 波长处获得115dB Πcm 的相对增益. 关键词:光波导放大器,增益,上转换 PACC :4230Q ,4280S ,4270J 3国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:2006C B302803),国家自然科学基金(批准号:60507004)、新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET 20520307)和吉林省杰出青年基金(批准号:20050110)资助的课题. 通讯联系人.E 2mail :Email :zhangdm @https://www.wendangku.net/doc/4d2174675.html, 11引言 自掺铒光纤放大器(E DFA )在长距离光通信领域获得巨大成功以来,掺铒平面光波导放大器(E DW A )近年来备受关注[1].它是密集波分复用(DW DM )传输系统的重要组成部分,可以和调制器、光开关、阵列波导光栅、隔离器等任何有损耗的器件 集成在一起,补偿光传输过程中的各类损耗[2,3] .E DW A 这一关键技术的解决将会使芯片间的光互连和光集成取得突破性进展,大大推动光通信的发展,具有里程碑的意义.目前掺铒无机基波导放大器的 研究较为成熟,增益可达7dB Πcm [4] ,无机基掺杂Er 3+ 具有高发光寿命、高量子效率等优点,然而制作工艺较为复杂、可控性差,与硅基材料不是很相容,在光集成应用方面前景不是很好;掺铒聚合物基材料以其低制作成本、工艺简单成为近年来研究的热 点,然而它与Er 3+ 盐类相容性较差,且基体中含有 的大量高能振动基团C 2H 和O 2H 能够降低Er 3+ 在激发态的寿命;掺铒有机2无机复合基材料综合了无 机基材料和有机基材料的优点,具有良好的发展前 景 [5] .目前用聚合物和有机2无机复合材料作为基 质制作E DW A 报道极少 [6,7] ,国内外的一些研究大 都处于材料制备阶段. 本文采用LaF 3∶Er ,Y b 纳米颗粒掺杂有机Π无机杂化材料作为有源材料,成功制备了掩埋条形结构的光波导放大器,并研究了在波导中观测到的上转换现象. 21实 验 将外围包覆有机价键的LaF 3∶Er ,Y b 纳米颗粒溶于一定量的甲苯溶剂中,再与有机Π无机杂化材料(主要成分:metacrylopropyltrimethoxysilane )混合,并添加光引发剂在室温下搅拌12h ,使它们充分溶解,纳米颗粒在有机Π无机杂化材料中的掺杂浓度可达到50wt %. 在经过超声清洗的抛光硅片上旋涂一层5μm 厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PM MA )作为下包层,热固 第58卷第3期2009年3月100023290Π2009Π58(03)Π1675204 物 理 学 报 ACT A PHY SIC A SI NIC A V ol.58,N o.3,March ,2009 ν2009Chin.Phys.S oc.
掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较
掺铒光纤放大器和拉曼光纤放大器分析和比较摘要：光放大器技术是新一代光纤通信系统中一项必不可少的关键技术，目前几种主要的光放大器技术在工程应用中各有所长。此文介绍了光放大器技术的基本原理，并对现有主要几种光放大器技术在性能、应用和发展方向上进行了比较。 关键词：掺铒光纤放大器；光纤拉曼放大器 0、综述 20世纪90年代以来，Internet的普及发展和各种信息(如语音、图像、数据等)业务的快速增长，人们对现代通信系统提出了更高的要求。在市场需求的大力推动下，通信技术取得了长足的进步，其中光纤通信技术脱颖而出，以其高速优质的特点，一跃成为当今长距离、大容量传输干线的主流技术。但由于光纤损耗和非线性的影响，无中继传输距离成为制约系统容量和速率的瓶颈，而中继放大技术成了光通信领域的关键技术之一。传输系统中的光纤损耗使信号随传输距离呈指数衰减，极大地限制了通信传输跨距和网络的可扩展性，因此必须在通信线路上设置中继器对信号进行再生放大。在光放大器没有出现之前，光纤传输系统普遍采用光－电－光(OEO)的混合中继器，但这种中继方式存在“电子瓶颈”现象，在很大程度上限制了传输速率的提高，而且价格昂贵、结构复杂。20世纪80年代出现的光放大器技术具有对光信号进行实时、在线、宽带、高增益、低噪声、低功耗以及波长、速率和调制方式透明的直接放大功能，是新一代光纤通信系统中不可缺少的关键技术。此技术既解决了衰减对光网络传输距离的限制，又开创了1550nm波段的波分复用，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、全光传输、光孤子传输等成为现实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑（1）。又由于此技术与调制形式和比特率无关，因而在光纤通信系统中得到了广泛应用。 1、光放大器分类及原理 光放大器(OA)一般由增益介质、泵浦光和输入输出耦合结构组成，其作用就是对复用后的光信号进行光放大，以延长无中继系统或无再生系统的光缆传输距离。一个好的光放大器应具有输出功率高、放大带宽宽、噪声系数低、增益谱平坦等特性。光放大器主要分为光纤型放大器（FA）和半导体放大器（SOA）两大类，其中光纤型放大器（FA）还可再分为掺稀土光纤放大器和常规光纤放大器，具体分类详见图1（2）.本文中，仅对掺铒光纤放大器(EDFA)和光纤拉曼放大器(FRA)作以介绍和分析。
DWDM系统拉曼放大器的原理及应用
DWDM系统拉曼放大器的原理及应用 华为技术有限公司 版权所有侵权必究
修订记录
目录 1前言 (5) 2拉曼放大器原理 (5) 2.1受激拉曼散射概念 (5) 2.2受激拉曼散射的应用 (5) 2.3拉曼放大器的分类 (6) 2.4拉曼放大器的特点 (7) 3拉曼放大器的应用 (8) 3.1拉曼放大器的特性 (8) 3.1.1 2.2 拉曼放大器在DWDM中的应用 (9) 4工程中应用注意事项 (10) 4.1端面要保持清洁 (10) 4.2光缆性能保证 (11) 4.3其他注意事项 (11)
关键词： 拉曼放大器 摘要： 本资料详细描述了拉曼放大器基本理论及在DWDM系统中的应用。缩略语清单： 无。 参考资料清单： 无。
DWDM系统拉曼放大器的原理及应用 1 前言 近年来，随着数据通信和INTERNET的发展，密集波分复用通信系统的带宽 需求不断提高，拉曼放大器作为DWDM系统中的关键技术，已经成为光纤通 信领域研究的热点。由于其具有极宽的增益带宽，极低的噪声系数，拉曼放 大器在超大容量高速长距离DWDM系统中得到广泛的应用，可以大幅度提升 现有光纤系统的容量，增加无电再生中继的传输距离，降低系统的成本。EDFA 和拉曼放大器的有机结合，是目前的通信系统中比较成熟的一种方式。 2 拉曼放大器原理 2.1 受激拉曼散射概念 在常规光纤传输系统中，由于光功率并不大，因此光纤主要呈现线性传输特 性。然而随着光纤放大器的应用，光纤在一定条件下开始呈现出非线性特性， 并最终成为限制系统性能的因素之一。受激拉曼散射就是非线性效应中的一 种。 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）。 由于受激拉曼散射SRS激发的是光频支声子，其产生的拉曼频移量一般在 100GHz~200GHz，且门限值较大，在1550nm处约为27dBm，一般情况下 不会发生。但对于WDM系统，随着传输距离的增长和复用的波数的增加， EDFA放大输出的光信号功率会接近27dBm，SRS产生的机率会增加。 2.2 受激拉曼散射的应用 高强度电磁场中任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。受 激拉曼散射（SRS）是光纤中一个很重要的三阶非线性过程。它可以看作是 介质中分子振动对入射光（泵浦光）的调制，从而对入射光产生散射作用。 假设入射光的频率为ωl，介质的分子振动频率为ωv，则散射光的频率为：