文档介绍：陈昌江:拉曼光纤放大器的研究· 1·

拉曼光纤放大器的研究

(工程技术学院,光子信息工程系,电子科学与技术专业陈昌江)
(学号:2000301006)

内容摘要:本文介绍了拉曼光纤放大器(RFA)的基本原理、基本构造以及相关特性,
实验采用前向泵浦方法,成功的实现了对信号光的放大,较好地验证了拉曼阈值等理论。
关键词: 受激拉曼散射(SRS) 拉曼光纤放大器前向泵浦
教师点评:介绍了拉曼光纤放大器的原理,设计了光纤放大器,观察到了拉曼放大,对
于此类器件的研制具有参考价值。(点评教师:阮双琛,教授)

0 引言
光纤通信系统容量的急剧扩大,对光放大器提出了越来越高的要求。利用光纤的非线性
效应——受激拉曼散射( SRS),当适当波长的抽运光注入到光纤中,拉曼频移处的光信号
将得到放大,基于这种原理的放大器称之为拉曼光纤放大器(RFA)。与掺铒光纤放大器
(EDFA)和半导体光放大器(SOA)相比,拉曼光纤放大器优势明显:增益波长由抽运波
长决定,理论上可以实现任意波长信号的放大;可以实现分布式放大,增益介质就是传输光
纤本身;信号——信号差拍噪声小,噪声指数低;可以通过多波长抽运,实现宽带放大。[1]
正是由于拉曼光纤放大器以上的诸多优点,才使得拉曼光纤放大器在近几年获得飞速发展,
有关拉曼放大器的文献已有很多报道,但对于拉曼光纤放大器放大信号光的实现条件和具体
过程的文献并不多,因此本文就对拉曼光纤放大器中放大信号光的实现条件和具体过程进行
了实验研究和理论分析。

拉曼增益谱
在连续与准连续条件满足的情况下,斯托克斯波的初始增长可描述为
dI s
= g I I
dz R P s
(1)
式中, I s 斯托克斯光强, I P 泵浦光强, g R 拉曼增益系数,它与自发拉曼辐射的截面
积有关。拉曼增益谱用 g R (Ω)表示,其中Ω泵浦波和斯托克斯波的频率差。 g R (Ω)是
描述 SRS 的最重要的量。 g R 与光纤纤心的成分有关,对不同的掺杂物, g R 有很大的变化。
1
陈昌江:拉曼光纤放大器的研究· 2·

对于不同的泵浦波长λp, g R 与λp 为 1μm 时,石英中 g R 与频移的关
系如图 1 所示.

图 1. 石英玻璃的拉曼增益谱
Raman gain spectrum of silica fiber
石英光纤中拉曼增益的最显著特征是, g R 有一个很宽的频率范围(达 40THz), 并且在
附近有一个较宽的峰,这些性质是由于石英玻璃的非晶特性所致[2]。
拉曼阈值
拉曼阈值定义为,在光纤的输出端斯托克斯功率与泵浦功率相等时入射泵浦功率或
α
Ps(L)= Pp(L)≡P0exp(- p L) (2)
eff
式中,P0= I0Aeff 是入射泵浦功率,Aeff 是有效纤心面积。由方程 Ps(L)= P so exp[ g R (ωp –ω
ααα
s)I0Leff- s L], 其中吸收系数 s 和 p 分别为斯托克斯频率和泵浦频率处的光纤损耗,
α