光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声 (1).pdf

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1、第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声谭勇，张喜和，孙秀平(长春理工大学理学院，吉林长春130022)摘要：提出了光纤拉曼放大器中的后向自发拉曼散射噪声的数学描述及其机理，并从实验上得到了后向自发拉曼散射噪声的光谱，后向拉曼散射光在泵浦的入射处有最大的光强，而在信号光出射处光强很小，这对光纤传输信号是有利的。在信号的输出端，自发拉曼散射的光强只与泵浦输入强度有关，而与增益光纤长度无关．关键词：后向自发拉曼散射噪声；光纤拉曼放大器；信噪比中图分类号：TN24文献标识码：A文章编号：1007—2276(2007)增(激光)一044

2、0-03BackwardspontaneousRamanscatternoiseinthefiberRamanamplifierTANYong，ZHANGXi-he，SUNXiu-ping(1mtiaucofScieace，ChangchunUniversityofSdenceendTechnology,Chaagchtml30(Y22．China)Abstract：AmathematicaldescriptionanditSmechanicsarcpresentedforbackwardspontaneousRamanscatternoiseinthefiberRa

3、manamplifier．Itsspectrumofbackwardslx)ntaneousRalnartscatternoiSCisobtainedexperimentally．ItisobviOUSthatspectralintcnsityofbackwardspontaneousRalnallSCatternoiseisuptoInaximumatincidentendofthefiber,tonlinimunlatexitend．Attheendofoutput,itsintensityisonlyrelatedtothepumpinputintensityj

4、snotrelatedtothelength．Keywords：Backwardspontaneousrarllallscatternoise；Fiberramanamplifiex；Signal-to-noiseratio0引言光纤拉曼放大器关键技术之一是如何提高信嗓比(SNR)⋯，而自发拉曼散射噪声是影响SNR的因素之一。分析这种噪声的产生机理，对于提高SNR是必要的口。3J。自发拉曼散射噪声分为前向和后向自发拉曼散射噪声，两者分别在前向泵浦和后向泵浦的光纤拉曼放大器中产生直接的影响。文中着重讨论后向自发拉曼散射噪声。1原理在光纤拉曼放大器中，泵浦光以高的能量密度

5、进入到几微米到几十微米的光纤截面上，随之沿径向传播，产生了各种非线性现象．其中之一是受激拉曼散射【4J。拉曼散射是印度物理学家拉曼在1928年研究液体苯的散射时发现的【，】。量子力学可以这样描述拉曼散射现象；入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成其两个振动态之间的跃迁。在光纤中，拉曼散射光谱同拉曼增益谱紧密联系，杖稿日期_2007-05．10作者麓介I谭曼Jogvs．)。男，重庆人．讲师，主要从事非线性光纤光学及激光光谌的研兜。Email：lasel95111@yahoocoi'11．c11对于一般的石英光纤，第一级斯托克斯光谱对应着增益系数

6、瓠的最大值。石英光纤增益谱如图1所看书。；!目；、图1石英光纤的拉曼增益曲线Fig．1Ramangaincurvcofquartzfiber利用石英光纤的增益特点，制作成光纤拉曼放大器，它是利用受激拉曼散射，然而，会伴随着自发拉曼散射(噪声)的产生。从概念上讲，受激拉曼散射是强激光与物质相互作用所产生的受激声子(光学支声子)对入射光的散射，而自发拉曼散射是热振动声子对入射光的散射，其散射具有随机性删。后者的随机性特点，影响了光纤拉曼放太器中的信号，在通讯线路中同时传播。自发拉曼散射噪声又可以在光纤传播中进行细分，称为前向自发拉曼散射噪声和后向自发拉曼散射噪声。后向自发

7、拉曼散射是在光纤拉曼放大器采用后向泵浦时，对输出信号的噪声有贡献的拉曼散射噪声形式。2数学描述假设泵稠光征z=L处八射，同z---0处传稿，Ⅳ0为入射处的某个光子态的简并度，而自发拉曼散射光传播方向与之相反，此时自发拉曼散射光的光子态简并度Ⅳ$(黼掣。It=掣OZ，㈠，泵浦光子态I见J的简并度满足ⅣP∞办批隹俨，其方程写为m：兰掣+÷现心(z)-insDpIⅣoe以扩(1)式中；au=n--．Dpo，卢=生印。，并作近似e4毫1+位，C代入解得公式(2)K(z)=c一‘+专‘丽I+ⅣP(L—z)(2)后向自发拉曼散射的集居数分布按玻色．爱因斯坦分布，