喇曼光纤放大器的设计考虑及其实验

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1、喇曼光纤放大器的设计考虑及其实验～教育资源库　　一．概述　　随着10GD长距离传输系统的大量应用和40G技术的日趋成熟，喇曼光纤放大器的重要性日渐显露，并逐步进入商用。喇曼光纤放大器是实现高速、大容量、长距离光纤传输系统的关键技术之一。　　分布式喇曼光纤放大器与EDFA相比，有很多不同点，如表一所示：　　表一.Raman光放大器与EDFA的比较　　　　主要的应用领域:　　(1)结合现有EDFA，用于高速、大容量、长距离光纤传输系统；　　(2)对现有TDM系统和D系统升级；　　(3)与色散补偿光纤一起使用，进一步提

2、高高速(10Gb/s以上速率)光传输系统的性能。　　二．喇曼光纤放大器的设计及需要考虑的问题　　喇曼光纤放大器的核心是喇曼泵浦源，目前商用产品基本上采用高功率LD激光器结合相关合波器件的方案，如图1所示。　　　　图1喇曼泵浦模块的光路结构　　喇曼泵浦模块在产品设计时，需要充分考虑影响系统性能的各个因素，主要包括：　　（1）喇曼泵浦源的波长优化(喇曼增益平坦度的控制,喇曼增益斜率的控制)。　　（2）泵浦之间的四波混频(F)效应及其对系统影响的克服。　　（3）低偏振度喇曼泵浦源的实现。　　（4）系统线路使用时的安全问

3、题。　　（5）喇曼泵浦模块的功耗等。　　¨喇曼泵浦源的波长优化　　1)增益平坦度的控制　　喇曼光纤放大器特点之一是通过多波长泵浦实现增益平坦，并要求选择的泵浦波长与所要放大的波长范围相对应。但是采用的波长太多会降低喇曼泵浦源的利用效率，并且给泵浦合波带来不便；采用的波长太少会使增益平坦性能降低，进而会影响系统性能。这就是所说的喇曼泵浦源的波长优化的问题。　　　　图2基于2个泵浦波长的光迅C-BANDRFA在G652光纤中的前向ASE谱　　如果系统对增益平坦要求不高，在C－band我们可以采用两个泵浦波长的

4、方案，在C+L－band采用三个泵浦波长的方案；如果系统对增益平坦度要求较高，在在C－band我们就采用三个泵浦波长的方案，在C+L－band采用四个泵浦波长的方案。我们经过理论分析和大量的实验验证，发现喇曼放大器的前向ASE谱的平坦度能很好的反映放大器的实际增益的平坦度。C－band两波长泵浦方案所得到的前向ASE谱如图2所示。在1528nm~1565nm内的平坦度为1.2dB，平均开关增益为12dB。此时泵浦的利用率较高，总的泵浦功率为530m)效应　　在分布式喇曼光纤放大器的设计中，为获得较好的增益平坦特性

5、，我们一般采用多个泵浦波长的配置，由于分布式喇曼光纤放大器是以传输光纤本身作为增益介质，所以当喇曼泵浦模块泵浦不同类型的光纤时，在泵浦光之间往往会产生四波混频(F)效应。在75kmLeaf光纤中，我们明显观察到因多泵配置所引起的四波混频现象，如图7所示：　　123下一页友情提醒：，特别！图775kmLeaf光纤中泵浦之间的四波混频效应　　图7中，左边四个峰值为四个泵浦波长，右边两个峰值波长为泵浦光的四波混频效应所产生的新的波长，由四波混频所产生的第一个峰值波长为1530.7nm，正好在C－band带宽之内。对于级

6、联的喇曼光纤放大器，四波混频效应对系统的影响是比较大的，如何选择泵浦波长，使四波混频效应产生的主峰移到信号工作波长的带宽之外，是喇曼泵浦模块设计时必须考虑的问题。在对喇曼光纤放大器增益平坦度影响不大的情况下，通过优化的泵浦波长配置，是可以把由四波混频效应产生的主峰移到C－band带外的。图8是采用另一组波长配置后的四波混频现象。　　　　图8优化泵浦波长配置后75kmLeaf光纤中泵浦光之间的四波混频效应　　与第一组波长相比，该波长组F现象要弱了许多，而且所产生的新的波长(1527nm)也在C－band带宽之外。原

7、因是本组泵浦波长的最长波长相对于0色散波长点（1507nm附近）更远，相位匹配的条件更难满足，四波混频的转换效率降低。合理选择泵浦波长组，可以使F峰在设计的有效喇曼增益带外。　　¨系统线路使用时的安全问题　　光迅的喇曼放大器的软件有丰富的控制功能，系统在应用过程中，如果线路发生故障，喇曼放大器的控制软件会通过反射光探测和信号光的无光告警自动把喇曼泵浦模块切换到眼保护模式工作状态，从而保护工作人员的操作时的安全。　　¨低偏振度喇曼泵浦源的实现　　传统的减小信号光的喇曼增益的偏振相关性的方案是通过对两

8、个波长接近的激光器的偏振耦合，使得增益介质中相互垂直的两个电场方向的泵浦功率大致相等，如前面的图1所示。　　这种方法有明显的缺点：　　（1）本质上不是对单个泵浦激光器的消偏，而且增加了激光器的个数，增加了系统成本；　　（2）要求同一波长的两个偏振方向不同的激光器的功率完全相同，增加了控制的难度。如果其中一个激光器的功率降低或失效，就会影响喇曼光纤放大器的偏振相关增益（PD