拉曼光纤放大器的低成本的非相干泵浦方法

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1、拉曼光纤放大器的低成本的非相干泵浦方法这篇文章，我们论证了一个对于拉曼应用的低成本，宽带宽的泵浦源的应用方法。我们通过对比论证了这个非相干泵浦方法的优点。我们在最后的解决方法中，观测到了拉曼增益不平坦下降了1.4db，带宽增加了16%。关键词：拉曼光纤放大器，非相干泵浦1.简介设计拉曼光纤放大器（RFA）的一个最重大的挑战就是在一个宽波长带宽上获得一个平坦的增益，并且花费不要太高。典型的，我们使用不同波长多重泵浦来在一个较宽的带宽上获得一个平坦的增益。在这种类型的放大器中，考虑到泵浦信号频率，所期望的增益峰值移动了13.2TH

2、z。另外一个增大拉曼放大器带宽的选择就是利用非相干泵浦。这个方法在近期被提出来了，第一个实验结果显示出一个7db的开关增益和增益峰值超过了所有c光谱带宽0.8db。之后数值研究结果确认了上面的实验结论。它们也显示出使用非相干泵浦，可以减少获得相同增益平坦度时所用到的泵浦的数量。另外，非相干泵浦也有减小非线性效应的优点，例如受激布里渊散射和由泵浦和泵浦之间，泵浦和信号之间，泵浦和噪声之间相互作用产生的四波混频。上一篇关于拉曼非相干放大器的研究集中于数值分析，并且它们主要关注于最有利的泵浦光谱的设计，目的在于将增益不平坦减小到最低

3、。早些的结果表明非相干泵浦减小了拉曼增益中的光谱不平坦度。这篇文章中，我们报道了一个适用于非相干发射的基于商业可用的泵浦源的拉曼光纤放大器的应用。另外，我们也应用了一个计算模型来估计这个放大技术的性能。泵浦的增益和噪声图像被我们用实验和数值分析了。2.拉曼放大器模型描述应用的实验系统的理论模型是基于下面的方程组，它们描述了一个多重泵浦的拉曼放大器，考虑了泵浦和泵浦，泵浦和信号，信号和信号之间的相互作用以及自发辐射光放大。Pk，PASE，k是在Z方向上的频率为Vk的第k个泵浦或信号和ASE噪声的功率。h是普朗克常量，α是光纤损耗

4、，Aefc是光纤的有效面积，kp是考虑了信号极化影响后的一个常数，是声子占有率因子。是泵浦和信号之间的频率差。这个模型中，瑞利后向散射和反斯托克斯的影响被忽略了。当我们考虑一个光谱可以被很多非相干泵浦源估计的非相干泵浦源时，由这个方案产生的影响就等价于使用多重泵浦。在光纤拉曼增益系数中使用的实验数值是从参考文献中报道的以前的实验结果中得到的。剩下的系统参数也是基于以前的数据：另外一个简化依赖于忽略信号和泵浦光谱的形状。非相干泵浦被模型化为一个由很多无限小光谱带宽的泵浦组成的多重泵浦的拉曼放大器。我们对于RFA性能的分析集中于开

5、关增益和有效噪声系数，它们被定义为：这里，Ps是信号输出功率，PASE是前向ASE噪声输出功率，信号功率为V，测量的带宽为。3.实验介绍RFA性能是使用相干和非相干泵浦时，拉曼开关增益和有效噪声系数。相干泵浦源是一个高功率布拉格稳态激光器，它的峰值为1489nm。非相干泵浦也是从一个高功率布拉格激光器中获得的，这个激光器中光栅被移动了，造成了发射光谱半高全宽为10nm，中心波长为1498nm。我们设置泵浦功率来使两个泵浦有相同的平均增益，其中相干泵浦功率为160mw，非相干的为155mw。图1显示了两者的光谱。图1：相干和非相

6、干泵浦的光谱，测量精度为1nm我们对于1580到1620nm间间隔2nm的21个信号做了分析，每个信号功率为-5dBm。使用了一个40km的标准单模光纤作为传输介质。信号和泵浦由一个后向泵浦隔离器来集合到一起，一个光学隔离器在光纤之前放置着来保护信号源。我们用一个光谱分析仪来得到信号分析数据。4.结论和分析使用的放大器对于相干和非相干泵浦都得到了3.55db的平均增益。图2显示了对于两种泵浦方法的实验和模拟的增益光谱，显示出模拟和实验吻合得很好。更进一步的，图2清楚的显示了在所考虑的光谱范围内非相干泵浦增益光谱更平坦。相干和非

7、相干的增益光谱的最大波动分别为1.97dB和0.82dB。抖动计算和平均增益值有关。数值模拟也证实了这个结果，显示出和相干方法比起来，非相干方法对于抖动减小了1.4dB。两种泵浦方法的实验有效噪声指数在图3和与之相关的模拟结果中描述出了。模拟结果和实验吻合得很好。图2：实验（虚线）和模拟（实线）的增益数据结果，相干泵浦为，非相干为图3：实验（虚线）和模拟（实线）的有效噪声指数结果，相干泵浦为，非相干为图4：对于相干和非相干的模拟增益考虑到计算模型的好性能，我们利用模拟结果得到了整个拉曼增益带宽，在图4中显示出来了。相干泵浦-1

8、db处的增益带宽为34nm，非相干的为39nm。-3db是增益带宽分别为102nm和118nm。很明显，非相干泵浦使拉曼放大器带宽增加了16%，就想理论中预言的那样。5.结论我们使用一个非相干泵浦源测试了一个低成本的拉曼放大器。我们也对于相干和非相干泵浦应用了一个数值模拟方法