拉曼放大器技术在超长距离传输中的应用.pdf

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1、第202125鲞年第63坦月东莞理工学院学报JOURNALOFDONGGUANUNIVERSITYOFTECHNOL0GYV01．22No．3Jun．2015拉曼放大器技术在超长距离传输中的应用刘海锋万嵬(1．增城市职业技术学校电子汽修部，广东增城511300；2．华南师范大学物理电信工程学院，广州510006)摘要：通过介绍拉曼放大器的工作原理，重点分析了拉曼放大器对超长距离光网络传输的的影响，并在此基础上，提出利用OptiSystem光通信仿真软件，进行跨网络系统平台、跨不同设备组成的光网络仿真，开

2、展超长距离波分复用技术的仿真研究，研究拉曼放大器对提升网络性能的作用。关键词：拉曼放大器；超长距离传输；OptiSystem中图分类号：TN8文献标识码：A文章编号：1009—0312(2015)03—0023—05光网络长途传输系统可以分为以下三种：一是常规长距离传输，指电中继段长度在640km以下的系统；二是亚超长距离传输，指电中继段长度在640km至2000km的系统；三是超长距离传输(ULH)，指电中继段长度在2000km以上的系统。采用超长距离传输技术，可以显著提高光纤传输的无电再生中继单跨长

3、度和总传输距离，因此大量节约昂贵的光电转换再生器，价格上表现为为获得相同容量一跨距积所需的投资金额将随着传输系统跨距的延长可显著降低。1拉曼放大器技术在超长距离传输系统中，拉曼放大器技术是非常瞩目的光传输技术，可以放大掺饵光纤放大器不能放大的波段，并利用普通光纤就能实现分布式放大，从而大大提高系统的光信噪比。拉曼放大器利用光纤自身对信号进行放大，信号在传输过程中的固有损耗可以在光纤内部进行补偿。对于超长距离系统来说，利用拉曼放大器可以提高系统的光信噪比，增加系统跨距长度，提高波分复用系统的通路数和抑制光

4、纤非线性效应。1．1拉曼放大器工作原理¨光纤拉曼放大器是非线性光纤光学的重要应用。研究发现，石英光纤具有很宽的受激拉曼散射(SRS)增益谱，并在13THz附近有一较宽的主峰，如图1所示。如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦波的拉曼增益带宽内，泵浦光光子释放其自身的能量，释放出基于信号光波长的光子，将其能量叠加在信号光上，弱信号光即可得到放大，这种基于SRS机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器(FRA)。当散射介质的分子具有分立的本征能级结构，而单色输入光的频率与分子任何一个

5、共振吸收频率都不等时，分子本身不能对入射光子产生真正的共振吸收，但能对入射光产生散射作用，如图2和图3所示。设散射分子的两个最低能级分别为a和c，能量间隔为hay，在入射光作用下，原处于较低能级a上的分子在散射后先跃迁到一个中间状态(虚能级)之上，然后又跃迁返回至另一个较高能级C，分子内能增加，而散射光子的频率则向低频方向移动了△y，这种过程产生的散射光称为斯托克斯光。与此类似，散射光称为反斯托克斯光，其特点是散射分子回到了较低能级，内能减少，而散射光子的频率向高频方向移动了△。由量子电动力学理论可得到

6、光强为，(y，0)的入射光在光纤中传输距离z后，受激散射光的光强，(，z)为：收稿日期：2014—12一O1作者简介：刘海锋(1980一)，男，广东增城人，讲师，硕士，主要从事电子与通信研究。东莞理工学院学报1．O0．8翌鞭0．4O．2061218243036频移／THz图1拉曼增益谱曲线虚能级虚能级图2下移拉曼散射图3上移拉曼散射，(，)=，(，0)exp(g)，(1)式中g称为斯托克斯拉曼散射增益因子，即l2g=Ⅳ0，0·(2)可见，受激拉曼散射的增益因子与散射过程初始能级上的分子密度Ⅳ0、分子微分

7、截面和总泵浦光强，n的乘积成正比，而与受激拉曼散射谱线宽度AT成反比。基于受激拉曼散射机制，一个入射泵浦光子通过光纤的非线性散射转移部分能量，产生另一个低频光子，称为斯托克斯频移光，而剩余的能量被介质以分子振动(光学声子)的形式吸收，完成振动态之间的跃迁。斯托克斯频移=T一y由分子振动能级决定，其值决定了SRS的频率范围，对非晶态石英光纤，其分子振动能级融合在一起，形成了一条能带，因而可在较宽的频差y一范围(40THz)内通过SRS实现信号光的放大，光增益系数g=gIe，Ip为泵浦光强度，由泵浦功率P决

8、定，g为拉曼增益系数。在拉曼放大过程中，信号光通过SRS增益从泵浦光得到能量而被放大，同时又被光纤吸收而衰减；而泵浦光通过SRS过程将能量转移给信号光而衰减，同时亦被光纤吸收而衰减，这两种过程同时存在。在连续波情况下，泵浦波和斯托克斯波的相互作用过程可用下列耦合方程来分析：』D苎旦PP一a=，一D—ssP5，(、3一)，“Z“D‘Tm_gRpp_：一Pp，(4)’ysu5式中，口和口分别为泵浦光和信号光的横截面，OL和Ot分别为泵浦波长和信