（通信与信息系统专业论文）喇曼放大器的研究.pdf

北京邮电大学硕。i ：论文 喇曼放大器的研究 摘要 随着信息时代的到来，人们对信息传递的质量提出了更高的要 求。新一代光通信网络将朝着超大容量和超高速率发展已成为必然。 随着宽带业务的增长和密集波分复用( d w d m ) 技术的采用，需要更宽 增益带宽的全光放大器。光纤喇曼放大器以其可放大任意波长信号的 特性得到广泛关注，是当前光通信系统中新一代最有前途的关键器 件，成为学术界和产业界研究开发的热点。本论文以喇曼放大器为研 究对象，从实验方面做了一些研究工作。主要内容如下： 1 首先概述了喇曼放大器的基本原理，特点和分类及评价喇曼放大器 的性能参数。 2 密集波分复用系统中增益平坦的喇曼放大器的研究。首先通过实验 研究了c 波段喇曼放大器。只用三个泵浦波长，通过合理配置波长和 功率得到平坦度小于0 8 d b 增益1 2 d b 的结果。通过进一步配置泵浦 源，采用四个激光波长获得了c + l 波段的良好的增益平坦特性。 3 喇曼放大器中受激布里渊散射现象的研究。分别对分布式和分立式 的喇曼放大器中受激布里渊散射现象进行了实验研究。 4 掺铒光纤放大器中，增益饱和现象是一个很严重的问题；喇曼放大 器中，因为饱和输入功率很高，所以少有人研究。我们通过实验发现 喇曼放大器，尤其是分立式拉曼放大器中，增益饱和问题也是一个需 要注意的问题。 关键词：密集型波分复用系统，光纤放大器，喇曼放大器，增益，噪 声，受激布里渊散射，增益饱和。 m 北京邮电人学钡l ：论文 a b s t r a c t a st h ed e m a n df o rh i g h e rt r a n s m i s s i o n c a p a c i t y i nw a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( w d m ) s y s t e m si n c r e a s e s ，c h a n n e ls p e e d ，c h a n n e l n u m b e r ，a n ds p e c t r a le f f i c i e n c yn e e dt ob eu p g r a d e d t ot h i se n d ，r a m a n f i b e r a m p l i f i e r s ( r f a ) h a v eb e c o m e e s s e n t i a li n o v e r c o m i n g t h e l i m i t a t i o no fb a n d w i d t ha n dn o i s ef i g u r e t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so i lt h e e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fr a m a nf i b e ra m p l i f i e r s t h ef o l l o w i n g sa r e t h em a i nc o n t e n i s ： 1 t h em a i np r i n c i p l e ，c h a r a c t e r i s t i c sa n dc l a s s i f i c a t i o na r es u m m e du p a n dt h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e r sa r ea l s ol i s t e d 2 t h eg a i ns p e c t r u mo fr a m a nf i b e ra m p l i f i e ri si n v e s t i g a t e d ，e s p e c i a l l y t h eg a i nf l a t n e s sf o rc b a n da n dc + lb a n dr a m a nf i b e ra m p l i f i e r w e g o t1 2 d bg a i nw i t hg a i l lf l a t n e s so fl e s st h a n0 8 d bb yc o m b i n i n gt h r e e p u m pw a v e l e n g t h si nc b a n d f u r t h e r m o r e ，t h eg a i nf l a t n e s so fc + l b a n d r a m a na m p l i f i e ri sa l s oe x p e r i m e n t a l l yi n v e s t i g a t e d 3 t h es b sp h e n o m e n o ni nd i s c r e t ea n dd i s t r i b u t e dr a m a nf i b e r a m p l i f i e r sh a v eb e e ns t u d i e di nd e t a i l 4 g a i ns a t u r a t i o np r o b l e mi sv e r ys e r i o u si ne d f a b u tf e wp e o p l e r e a l i z e dt h a ti ti sa l s os e r i o u si nr a m a nf i b e ra m p l i f i e r , e s p e c i a l l yi n d i s c r e t er a m a na m p l i f i e r w ei n v e s t i g a t e dg a i ns a t u r a t i o no fd i s c r e t ea n d d i s t r i b u t e dr a m a n a m p l i f i e ri nd e t a i l e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：d w d m ，o p t i c a lf i b e ra m p l i f i e r , r a m a na m p l i f i e r , g a i n ，n o i s ef i g u r e ，s t i m u l a t e db r i l l o u i ns c a t t e r i n g ，g a i ns a t u r a t i o n 北京邮电大学硕i ：论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列 的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：日期：生! ：! ：! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：乌也 北京邮电大学硕 ：论文 第一章绪论 1 1 高速大容量光纤通信系统的发展概况 实现超高速率、超大容量、超长距离光传输是光纤通信技术的发展趋势。目 前的商用光传输系统速率已达到了1 0 g b s ，短短2 0 年，它的增长速度甚至超过了 由摩尔定律定义的微电子技术集成度的增长速度。尽管如此，1 0 g b s 的光传输带 宽仍然有限只要对因特网信息传输速率增长的需求存在，扩大带宽需求就依然是 光传输技术需要解决的主要任务之一。随着数据通信设备的发展，诸如高端路由 器、千兆以太网交换机的接口速率已经提高到了1 0 g b ，s ，为了容纳数据设备输出 的1 0 g b s 或1 0 g b s 以太网信号，在传输网络中实现更加高效的传输骨干网层面必 然需要更大的传输速率4 0 g b s 。4 0 g b s 作为1 0 g b s 的后继传输速率，可以满足 日益增长的数据业务对网络带宽的需求。 但是信道速率提高不可能是无限的，采用密集型波分复用( d w d m ) 技术 在一根光纤中同时传输多个波长的光信号，是实现超大容量光传输的理想出路。 一根光纤能够同时传输数字信号的容量，1 9 9 9 年为1 n s ，2 0 0 0 年提高至3 t b s ， 2 0 0 1 年再提高至1 0 t b s ，令人信服地表明光纤通信技术确实是在快速跃进。光的 密集型波分复用( d w d m ) 技术还表明：通信网为了适应快速增长的通信业务 量而加大网络容量，只有从电通信网进化为光通信网才有可能真正达到目的，所 以波分复用( w d m ) 密集型波分复用( d w d m ) 技术还要继续发挥作用。时 分复用( t d m ) 使数字传输速率提高至1 0 4 0 g b s ，波分复用( w d m ) 却使数 字传输速率提高至1 0 t o s 或以上，光信号比电信号可能达到的传输速率或容量高 出1 0 0 0 多倍! 为了获取更多路数和更小波长间隔的密集型波分复用( d w d m ) ， 可以让奇数路和偶数路分为两组各自合波，又可采用正交偏振态方法把两组合并 一起。 波分复用( w d m ) 系统除了波长数和传输总容量不断突破以外，全光传输 距离( 即无电中继传输距离) 也在大幅度扩展。美国t yc o m 实验室的b b a k b s h i 等人第一次报道了传输9 0 0 0 k m 距离、t b s 级的跨太平洋海底光传输实验。利用普 北京邮电人学硕f j 论文 通c 波带2 8 r i m 宽的掺铒光纤放大器( e d f a ) ，安装了1 0 1 路波分复用( w d m ) 系统，波长自j 隔为3 3 g h z ，即0 2 7 a m ，谱效率0 3 b s h z 。该1 1 r t s 系统不像其它 t b s 级系统那样同时使用c 和l 两个波带的掺铒光纤放大器( e d f a ) ，也不用喇 曼放大技术和复杂的色散补偿。总的测试结果是经过9 0 0 0k m 传输，输出谱很平 坦，1 0 1 路的最大功率变化小于8 d b ，实践证明，为了海底光缆能够承担近年快 速增长的国际通信业务，并符合经济节约原则，采用波分复用( w d m ) 系统是 必然的趋势。从近年的o f c 世界光纤通信大会的报道可以看出传输速率在1 t b i 如 以上的系统已经成为一个研究热点为了进一步提高通信系统容量可以从以下三 个方面考虑： ( 1 ) 增加每个通信信道的数据传输速率，采用电时分复用( 啪m ) 技术 对电信号进行时间分割复用。光纤通信发展的2 0 多年里，采用电时分复用技术的 光纤通信系统的传输速率几乎以每1 0 年1 0 0 倍的速度稳定增长。1 9 9 5 年互联网 ( i n t e r a c t ) 骨干网的带宽为1 5 5 m b i t s ，1 9 9 7 年为6 2 2 m b s ，而到1 9 9 8 年达到 2 5 g b s ，到1 9 9 9 年则突破1 0 g b s 。目i j f 单信道的最高速率为4 0 g b s ，几乎达到电 子器件速率的极限。 ( 2 ) 减少信道自j 隔，在有限的带宽范围内增加信道数目。光源稳频、阵列 波导光栅滤波、波长交错器( i n t e r l e a v e r ) 等技术使得系统中的信道间隔从国际 电信联盟电信部( 删t ) 规定的1 0 0 g h z 变得更低。1 9 9 7 年，在c 波段( 1 5 3 0 n m 1 5 6 0 r i m ) 通常1 6 路复用，信道自j 隔2 0 0 g h z 。2 0 0 0 年，商用系统c 波段复用信道 数已达4 0 ，信道问隔5 0 g h z ，光谱效率大大提高。然而，信道日j 隔的减小将会伴 随非线性效应的增强，信道间隔小于5 0 g l - i z ，四波混频( 刚m ) 效应的影响将会引 起信号在信道自j 的串扰，必须采取相应的抑制措施；另外，小的信道间隔还要求 系统元件具有严格的波长稳定性，这带来系统成本的上升。 ( 3 ) 增加传输带宽。通过开发新型超宽带器件，拓宽利用光纤丰富的通信 带宽资源，将是提高光通信容量最有效的方法。近年来，s 波段( 1 4 8 0 - - 1 5 3 0 n m ) 和l 广波段( 1 5 7 0 1 6 2 0 r i m ) ，特别是l 广波段光器件的研制引起了广泛的关注，并 已经取得了很大的进展。2 0 0 0 年同本的富士通( f u j i s u ) 公司报道了一种l 被段 f l l 的波分复用( w d m ) ，系统单路传输速率为1 0 g b i t s ，共有6 4 个波长，全部 位于1 5 7 0 r i m 一1 6 0 5 r i m 的i 被段。系统所用放大器为l 披段( l - b a n d ) 掺铒光纤放 2 北京邮电人学硕j ：论文 大器e d f a 。系统进行1 0 1 2 7 k m 的长距离传输后仍保持了l o 的误码率。c + i 广波 段的系统，1 9 9 8 年只本n 盯的报道比特速率达到1 t b s ( 5 0 x 2 0 g b s ) 。其中3 0 个波 长信道在l 波段传输距离为6 0 0 k m l 2 | 。2 0 0 0 年，贝尔实验室在世界光通信会议 ( o f c ) 上的报道的比特速率达n 3 2 8 t b s ( 8 2 x4 0 g b s ) ，其中的4 2 个信道波长 4 1 在l 波段传输距离为3 0 0 k i n l 3 1 。2 0 0 1 年，日本n e c 公司的i c f u k u c h i 等一报道了在 同一根光纤上，利用s c l = 个波带的宽度，共装置2 7 3 路的超密集波分多路 ( u d w d m ) 系统各路波长间隔5 0 g h z ，即0 4 n m ，每路载荷4 0 g b s 的数字信号形成 2 7 3x4 0 g b s = 1 0 9 2t b s 的大容量系统。在三个波带中，s 波带为1 4 7 6 1 5 0 8 r i m ， 宽度3 1 2 n m ，容纳8 5 路；c 波带为1 5 2 6 1 5 6 3 n m ，宽度3 6 2n m ，容纳9 2 路；嵫 带为1 5 7 0 1 6 1 0n n l ，宽度4 0 衄，容纳9 6 路。这个实验的光纤传输线路总长度 1 1 7 k m ，分成两段每一段光纤线路各由4 0k m 长的纯硅芯光纤和1 8 1 9 k m 长的饭 色散光纤组成，而且利用了分布喇曼放大，使接收端有较高的信噪比。 1 2 光放大器的研究与发展 为了克服光纤传输中的损耗对传输距离的限制和适应光纤通信系统向高速 率、大容量、长距离方向的发展，2 0 世纪8 0 年代出现的光放大器技术是光纤通信 领域的一次革命。它具有对光信号进行实时、在线、宽带、高增益、低噪声、低 损耗、以及波长、速率和调制方式透明的直接放大功能，是新一代光纤通信系统 中不可缺少的关键技术。此技术既解决了衰减对光网络传输距离的限制，又使 1 5 5 0 n m 波段的密集波分复用( d w d m ) 、全光传输、光孤子传输等技术成为现 实，是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑。 一般来说，光放大器都由增益介质、泵浦源、输入输出耦合结构组成。目前 光放大器形式主要有三种：1 ) 利用激光二极管制作的半导体光放大器( s o a ) ； 2 ) 利用掺杂光纤( n d ，s m ，h o ，e r ，p r ，t m 和y b ) 制作的光纤放大器，其中 以掺铒光纤放大器( e d f a ) 为主；3 ) 基于光纤的非线性效应，利用受激散射 机制实现光的直接放大，如光纤喇曼放大器( f r a ) 和光纤布里渊放大器。 半导体光放大器( s o a ) 利用半导体材料固有的受激辐射放大机制，实现相 干光放大，其原理和结构与半导体激光器类似。当偏置电流低于振荡阈值时，激 光二极管对输入的相干光具有线性放大作用嘲。当偏置电流高于振荡阈值时，通 北京邮电人学碗 ：论文 过注入锁定，激光二极管可以作为非线性放大器。线性半导体光放大器可分为两 类：法布里玻罗( f - p ) 光放大器和行波( t w ) 光放大器，两者的区别在于两 个端面的反射率不同，法布罩玻罗( f - p ) 腔光放大器端面反射率高，光在两端 面间来回反射，产生共振放大。行波( 1 w ) 光放大器端面反射率很低，光在沿 介质行进过程中被放大，然后由输出端面输出，而不产生反射。半导体光放大器 ( s o a ) 具有体积小、结构简单、易于同其它光器件和电路集成、适合批量生产、 成本低等优点；并且能对1 3 1 0 h m 窗口的光信号进行放大。但是这种器件与光纤 耦合时损耗很大，一般大于5 d b ：器件的增益受光的偏振状态、工作温度因素影 响严重，因此工作稳定性差，器件的噪声较大、功率较小、增益恢复时间为皮秒 ( p s ) 量级，这对高速传输的光信号将产生不利影响。 半导体光放大器( s o a ) 主要用于全光波长变换、光交换、谱反转、时钟提 取、解复用等；该放大器覆盖了1 3 0 0 1 6 0 0 n m 波段，既可用于1 3 0 0 n t o 窗口的光放 大，又可用于1 5 5 0n m 窗口的光放大。 目前，人们主要关注的是应变补偿的无偏振、单片集成、光横向连接的半导 体光放大器( s o a ) 以及自应变量子阱材料的半导体光放大器( s o a ) 和小型化、 集成化的半导体光放大器( s o a ) 的研发。 6 0 年代仞，在对半导体光放大现象研究的同时，也对掺稀土元素的光纤的光 谱特性进行了研究。但是由于稀土光纤的热淬灭效应难以解决，因此光纤放大器 的研究处于停步不前的状态。在1 9 8 5 1 9 8 6 年间英国南安普顿大学的p a y n e r 等人 有效的解决了掺铒光纤的热淬灭问题，首次用改良化学汽相淀积( m c v d ) 方法 研制成芯掺杂的铒光纤，并实现了1 5 瓤m 低损耗窗1 2 的激光辐射1 6 , 7 1 ，1 9 8 7 年他 们采用6 5 0 a m 的染料激光器作为泵浦光源，获得了2 8 d b d , 信号增益。掺铒光纤放 大器具有增益高、频带宽、噪声低、效率高、连接损耗低、偏振不敏感等特点， 在9 0 年代初得到了飞速发展，成为当时光放大器研究发展的主要方向，极大的推 动了光纤技术的发展。自此以后，掺铒光纤放大器的研究在多方面开展，建立了 多种理论模型，提出了增益均衡和扩大增益带宽的方案和方法，进行了多种系统 应用研究，同时进行了氟化玻璃铒光纤放大、分布式光纤放大器和双向放大器的 研究，使掺铒光纤放大器及其应用得到了飞速发展。此外又开展了掺镨( p r ) 、 掺镱( y b ) 、掺铥( t i n ) 等光纤放大器的研究使光纤放大器的研究全面发展。 掺铒光纤放大器( e d f a ) 的优点是：1 ) 通常工作在1 5 3 0 1 5 6 5 n m 光纤损 4 北京邮电大学硕i “论史 耗最低的窗口；2 ) 增益高，在较宽的波段内提供平坦的增益，是波分复用( w d m ) 理想的光纤放大器；3 ) 噪声系数低，接近量子极限，各个信道问的串扰极小， 可级联多个放大器：4 ) 放大频带宽，可同时放大多路波长信号；5 ) 放大特性与 系统比特率和数据格式无关；6 ) 输出功率大对偏振不敏感；7 ) 结构简单，与传 输光纤易耦合。缺点是：1 ) 在第三窗口以上的波长，光纤的弯曲损耗较大，而 常规的掺铒光纤放大器( e d f a ) 不能提供足够的增益，增益带宽只有3 5 r i m ， 仅覆盖石英单模光纤低损耗窗口的部分，制约了光纤能够容纳的波长信道数； 2 ) 不便于查找故障，泵浦源寿命不长；3 ) 存在基于泵浦源调制和光时域反射计 ( 0 佃r ) 的监测与控制技术问题，控制内容包括输出功率的控制和不同波长通道 的增益均衡，掺铒光纤放大器( e d f a ) 的增益对1 0 0 k h z 以上的高频调制不敏感， 对低于l k h z 的调制，掺铒光纤放大器( e d f a ) 的输出信号会产生失真。 掺铒光纤放大器( e d f a ) 主要用于密集波分复用( d w d m ) 系统、接入网、 光纤电视c a t v 网、军用系统( 雷达多路数据复接、数据传输、制导等) 、光孤子 通信系统等领域；也可作为功率放大器，以提高发射机的功率；在光纤传输线路 中用作全光中继放大器，以补偿光纤传输损耗，延长传输距离；在光接收机前用 作前置放大器，以提高光接收机的灵敏度；在光纤电视c a t v 和光纤用户接入网 中用作光功率补偿器，以补偿光分配器和传输链路造成的光损耗，以提高用户的 数量，降低用户网和电缆电视c a t v 系统的建设成本。 历史上，伴随着低损耗光纤的诞生，光纤喇曼放大器( f r a ) 的应用就成为 一种可能，迄今已有3 0 余年，7 0 年代光放大器尚未成为光通信中的必需，有关喇 曼放大器的研究主要集中于光纤中喇曼散射和大功率喇曼泵浦激光器的研制， r g s m i t h 研究了低损耗光纤中喇曼散射引起的光功率演变过程1 8 】，j a u y e u n g 和a y a r i v 研究了长距离低损耗光纤中的自发和受激喇曼散射1 9 l 。进入8 0 年代， 随着光通信的发展，人们对光放大器投入了巨大的研究精力，光纤喇曼放大器 ( f | 渔) 是其中的重要组成部分，在合适波长的大功率泵浦激光器和光纤喇曼放 大器( f r a ) 的特性方面取得了一定的成果 t 0 - 1 3 l ，光纤喇曼放大器( f r a ) 一度 成为最有希望实用化的光放大器。例如，1 9 8 1 年t k e d a 采用1 0 1 7 , m 的泵浦光放大 1 0 6 4 h m 的信号光，经过1 3 k m 单模光纤，放大获得3 0 d b d , 信号增益；1 9 8 3 年， d e s u r v i r c 等用2 4 k m 单模光纤，放大1 2 4 # m 的光信号，获得4 5 d b 的小信号增益； 1 9 8 7 年，e d a g a w a 研究了光纤喇曼放大器的宽带多信道放大特性；1 9 8 9 年， 5 北京邮电人学碘l ：论文 m o u e n a u e r 采用4 1 7 k m 的光纤环和1 4 缸m 的色心激光器泵浦源，利用喇曼放大器 放大脉宽5 5 p s ，波长1 5 缸m 的孤子脉冲，稳定传输6 0 0 0 k r a 。但是8 0 年代末期掺 铒光纤放大器( e d f a ) 的出现给光纤喇曼放大器( f r a ) 的研究浇上了一盆冷 水。毫无疑问，9 0 1 z 代初期，掺铒光纤放大器( e d f a ) 在1 5 m 波段光通信系统 中处于完全统治地位。而光纤喇曼放大器( f r a ) 泵浦激光器方面的研究停滞不 前，使其仍难以实用化。然而随着密集波分复用d w d m + 掺铒光纤放大器e d f a 技术的迅猛发展，掺铒光纤放大器( e d f a ) 的有限带宽和集总放大导致的高噪 声限制了系统容量和传输距离的进一步发展。光纤喇曼放大器( f r a ) 又以其低 噪声和仅由泵浦波长决定增益波段的特性吸引了人们的注意，这两点也是近年来 光纤喇曼放大器( f r a ) 的研究热点。同时大功率半导体激光器和喇曼激光器的 制造工艺也日趋成熟，而且成本大幅度下降，使得光纤喇曼放大器( f r a ) 在系 统中的应用成为可能。 喇曼放大器中采用不同泵浦波长的不同增益峰可以构成非常宽的带宽特性 使它有比e d f a 更宽的增益谱。r o t t i w i t t 和k i d o r f 对此做出了重要的贡献他们在 1 1 4 1 1 9 9 7 年提出了一种多波长泵浦、具有9 2 r i m 带宽的f r a 紧接着在文献【1 5 】中首次 1 1 6 1 给出了完整的描述光纤喇曼放大器( f r a ) 的微分方程。y e m o r i 等人利用1 2 个半导体激光器泵浦得到了增益带宽超过1 0 0 n m 的宽带喇曼放大器。h m a s u d a 等人实现了1 3 2 r i m 带宽的喇曼放大器i r n 。 在光纤喇曼放大器( f r a ) 的噪声特性方面，m o c h i z u k i b 组1 1 1 i , 及a o k i l l 2 1 分 别在8 0 年代进行了初步的研究。h a n s e n 在文献【嘲中引入了二次反向瑞利散射噪 声d r s 。指出由于d r s 的存在，使得d f r a 的等效噪声系数并不能随喇曼增益的 增加而不断改善，而是存在一个最佳值。f 1 u d g c r 等人在文献【1 9 】中指出多波长反 向泵浦的宽带光纤喇曼放大器( 吼) 中长波长处的噪声特性会优于短波长，其 原因在于：1 ) 由于泵浦h j 的喇曼散射作用，长波长泵浦可以更深入地进入光纤， 住m 使得长波长功率在光纤中的最小值高于短波长功率。2 ) 泵浦光与信号光波长 1 1 9 2 1 1 越近，自发辐射噪声就会越大。，这是限制光纤喇曼放大器( f r a ) 带宽的一 个重要因素，必须在设计时给予充分注意。 光纤喇曼放大器( 瞰) 的基本泵浦方式主要有三种：前向泵浦，反向泵 浦和双向泵浦。它们都是相对于信号光传输方向而言的。相对于反向泵浦，前向 6 北京邮电大学硕l ：论文 泵浦在信号刚输入时即进行放大，使得信号功率一直处于比较高的水平，因此具 有更好的噪声特性。同时前向泵浦时，光纤内功率分布的最低点一般处于光纤两 端，因此，不会带来不同信道在光纤中最低功率的不同，有助于改善光纤喇曼放 f 笠l 大器( f r a ) 的噪声谱倾斜。双向泵浦特性介于前向泵浦和反向泵浦之间，2 0 0 2 | 2 鼻2 7 1 年的0 f c 和e c o c 会议上有多篇文章报道双向泵浦喇曼放大器1 。s k a d o 采用 双向泵浦方案不仅获得了平坦增益，而且得到平坦的噪声谱。贝尔实验室的研究 人员，实现了总容量5 1 z r b ，s ( 1 2 8 4 2 7 g b s ) ，信道间隔只有5 0 g h z ，采用单 模光纤传输了1 2 8 0 k i n 。他们所用的放大技术就是双向泵浦的分布式喇曼放大器 和色散补偿的分立式喇曼放大器相结合的全喇曼方案光纤喇曼放大器( f i 渔) 。 在未来的大容量光通信系统中，喇曼放大器必将扮演越来越重要的角色。目前已 推出了采用全喇曼放大技术的2 4 0 1 0 g b s ，1 5 0 0 k m 商用无电中继光纤通信系统。 表1 1 列出了国际上一些采用光纤喇曼放大器的高速超高速或超长距离密集波分 复用( d w d m ) 系统。 光纤放大器的未来发展方向： 由于超高速率、大容量、长距离光纤通信系统的发展，对作为光纤通信领 域的关键器件一光纤放大器在功率、带宽和增益平坦方面提出了新的要求，因此， 在未来的光纤通信网络中，光纤放大器的发展方向主要有以下几个方面： ( 1 ) 掺铒光纤放大器( e d f a ) 从c b a n d 向l - b a n d 发展； ( 2 ) 宽频谱、大功率的光纤喇曼放大器； ( 3 ) 将局部平坦的掺铒光纤放大器( e d f a ) 与光纤喇曼放大器进行串联使用，获 得超宽带的平坦增益放大器； ( 4 ) 发展应交补偿的无偏振、单片集成、光横向连接的半导体光放大器光开关； ( 5 ) 研发具有动态增益平坦技术的光纤放大器； ( 6 ) 小型化、集成化光纤放大器。 随着新材料、新技术的不断突破，光纤放大器在1 2 9 2 1 6 6 0 n m 波长范围内 获得带宽为3 0 0 r i m 超宽带将不是梦想，t b i t s 密集波分复用( d w d m ) 光网络传 输系统将一定会实现。 7 北京邮电大学硕i ：论文 表1 - 1 国际上一些采用光纤喇曼放大器的高速超高速或超长距离d w d m 系统 蕾矗量 f 0 避数xl t j传摘蜒，璃制曼埔盈溅特点i 箍j 陆串( 6 村蝣a d u )泉潲，靠事 n 3 2 8 08 2 - 4 0 g h j ，l 2 5 m m c翻) e l 【al l e a 2 8 2 舳m l 1 0 0 0 1 0 0 x 1 0 g 扣3 1 3 3l o 蕾 2 sg 也+ p a c i n g 迅l b a ml u c l：9 l 瑚1 2 5 1 0 静6 i 5 如m c f 哂l 豫l 3 0 5 0 d b m l 必0 3 2 1 03 x 2 5 0i w海谯把2 链 a l c a l e l3 1 1 2 3 2 4 0 l 2 5 0 l w华技琦2 5 0 1 u na l c a t e l3 2 5 1 2 01 2 8 43 l 1 2 血l 皿ci 鸯效警0 6 i b 讧sa l c a w d3 3 1 0c b 缸l 2 t l o9 0 8 02 1 1 1 0加住墒琦l 离y 2 0 4 冀a n 刑i m i 3 4 2 4 0 02 4 0 1 0 7 4 0 0 2 阳d w+ d - d 触静南争丹南式 殉n 3 5 喇璺驶气。色救小，叩a c m g ，7 5 c 1 - i z 1 2 3 2 4 02 钟d f r a 14 w2 4 0 k m 尊l ：玛纷南式嗡塑l o + t e l3 6 i j 艰a 0 9 5 w艘夫h 翱轻漓，全嚷壁 1 7 2 18 2 2 1 4蝴 4 0 g h z p 麓晖引：昭色教 k d d i3 7 朴媸气 f ，2 0 03 2 0 0 l o 3 l o r 气雕a 神 a l c a 忙i3 8 1 0 9 2 02 7 3 4 01 1 7吒b a n d n e c 3 9 d 孤1 d f a r a 1 6 0 01 6 0 1 03 8 03 2 w 2 5 g h 3 8 0 w r q 删 a l c a t e l4 0 1 3 本论文研究的主要内容 1 首先概述了喇曼放大器的基本原理和特点，分类及评价喇曼放大器的性能参 数。 2 密集波分系统中增益平坦的喇曼放大器的研究。首先通过实验研究了c 波段喇 曼放大器。通过合理配置波长和泵浦功率，得到增益1 2 r i b ，平坦度小于0 8 r i b 。 通过进一步配置泵浦源，采用四个激光波长获得了c + l 波段的良好的增益平坦 特性。 8 北京邮电人学硕i ：论文 3 喇曼放大器中受激御里渊散射现象的研究。分别对分布式和分立式的喇曼放大 器的中受激布里渊散射现象进行了实验研究。 4 掺铒光纤放大器中，增益饱和现象是一个很严重的问题；喇曼放大器中，因 为饱和输入功率很高，所以少有人研究。我们通过实验发现拉曼放大器，尤其是 分立式拉曼放大器中，增益饱和问题也是一个需要注意的问题。 参考文献 1 n s h i m o j o h ，m s u y a m ae ta l ，6 4 9 g b 州s ( 6 4 + l o g b i t s ) w d mt r a n s m i s s i o no v e r 1 0 ，1 2 7k mu s i n gl b a n de d f a s , e l e c t r o 儿l e t t ，2 0 0 0 , 3 6 ( 2 1 ) ：1 5 5 - 1 5 6 2 s a i s a w a , t s a k a m o t o ，m f u k u i ，c t a 1 u l t r a - w i d e b a n d l o n g d i s t a n c ew d m d e m o n s t r a t i o no f1t b i t s ( 5 0 2 0 g b i t s ) 6 0 0 k i nt r a n s m i s s i o n u s i n g1 5 5 0a n d 1 5 8 0 n mw a v e l e n g t hb a n d s , e l e c t r o n l e t t ，1 9 9 8 ，3 4 ( 1 1 ) ：1 1 2 7 - 1 1 2 9 3 t n n i e l s e ne ta l 32 8 t b i f f s ( 8 2 4 0 g b i t s ) t r a n s m i s s i o n o v e r3 + l o o k m n o n z e r o d i s p e r s i o nf i b e ru s i n gd u a lc - a n dl - b a n dh y b r i dr a m a n e r b i u md o p e d i nl i n ea m p l i f i e r s ，o f c 2 0 0 0 , p d 2 3 4 i c r u k u c h i ，t k a s a m a t s u ，m m o r i e ，e t a 1 1 0 9 2 - t b s ( 2 7 3 + 4 0 - g b s ) t r i p l e - b a n d u l t r a - d e n s e w d m o p t i c a l r e p e a t e d t r a n s m i s s i o ne x p e r i m e n t ，o f c 2 0 0 2 , p d 2 4 5 t s a i t oa n dz m u k a i ，r e c e n tp r o g r e s si ns e m i c o n d u c t o rl a s e ra m p l i f i e r s i e e e j l i g h t w a v e t e c h n o l , 1 9 8 8 ，6 ( 1 1 ) ：1 6 5 6 6 r j m e a r s ，e ta l ，l o w - n o i s ee r b i u m d o p e df i b e ra m p l i f i e ro p e r a t i n ga t1 5 4 w n e l e c t r o n l e t t ，1 9 8 7 ，2 3 ( 1 9 ) ：1 0 2 6 7 e d e s u r v i r e ，e ta 1 ，h i g h - g a i ne r b i u m - d o p e dt r a v e l i n g - w a v ef i b e r - a m p l i f i e r o p t i c s l e t t , 1 9 8 7 , n o 1 1 ：8 8 8 8 s m i t hrg o p t i e a lp o w e rh a n d i n gc a p a c i t yo fl o wl o s so p t i c a lf i b e r s 鹤 d e t e r m i n e d s t i m u l a t e dr a m a na n db r i l l o u i n s c a t t e r i n g , a p p l i e d 9 北京邮电人学碘i ：论文 a u y e u n gj , y a r i va s p o n t a n e o u sa n ds i m u l a t e dr a m a ns c a t t e r i n gi nl o wl o s s f i b e r s ，i e e e j q u a n t e l e c t r o n 1 9 7 8 ，q e - 1 4 ( 5 ) ：3 4 7 - 3 5 2 1 0 d e s u r v i r ee t u rm s h a whj , s i g n a l - t o n o i s er a t i oi nr a m a na c t i v ef i b e r s y s t e m ：a p p l i c a t i o n t o r e c i r c u l a t i n gd e a l yl i n e s l l i g h t w a v e 1 1 m o c h i z u k ii ( e d g a w an 1 w a m o t oy , a m p l i f i e ds p o n t a n e o u sr a m a n s c a t t e r i n gi n f i b e rr a m a na m p l i f i e r s , l i g h t w a v et e c h n o l , 1 9 8 6 ，l t - 4 ( 9 ) ：1 3 2 8 - 1 3 3 3 1 2 a o k iyp r o p e r t i e so ff i b e rr a n a na m p l i f i e r sa n dt h e i ra p p l i c a b i l i t yt od i # t a i o p t i c a lc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ，jl i g h t w a v et e c h n o l ，1 9 8 8 ，6 ( 7 ) ：1 2 2 5 1 2 3 9 1 3 a o k iy f i b e rr a m a na m p l i f i e r s p r o p e r t i e sf o ra p p l i c a t i o n st ol o n g - d i s t a n c e o p t i c a lc o m m u n i c a t i o n s ，o p t i c a la n dq u a n le l e c t r o n 1 9 8 9 ，2 1 ：$ 8 9 - s 1 0 4 1 4 r o t t w i tka n dk i d o f fh ：- 9 2n n lb a n d w i d t hr a m a na m p l i f i e r , o f c 9 7 ，p d 6 1 5 k i d o r fh , r o t t w i t tkn i s s o vm ，c ta i ，p u m pi n t e r a c t i o n si na1 0 0 - n mb a n d w i d t h r a m a n a m p l i f i e r , i e e ep h o t o n t e c h n o l l e t t , 1 9 9 9 ，1 1 ( 5 ) ：5 3 0 - 5 3 2 1 6 e m o r i ，k t a n a k aa n ds n a m i k i ，1 0 0 n mb a n d w i d t hf l a t g a i nr a m a na m p l i f i e r s p u m p e d a n d g a i n - e q u a l i z e db y1 2 一w a v e l e n g t h - c h a n n e l w d ml a s e r d i o d e , e l e c t r o n l e t t ，3 5 ( 1 6 ) ：1 3 5 5 - 1 3 5 6 , 1 9 9 9 1 7 h m a s u d aa n ds k a w a i u l t r aw i d e b a n dr a m a na m p l i f i c a t i o nw i t hat o t a l g a i n - b a n d w i d t ho f1 3 2 n mo ft w og a i n - b a n d sa r o u n d1 5 p m d g c o c 9 9 1 8 pbh a n s e n ，le s k i l d s c n , ajs t e n t ze t a 1 ，r a y l e i g hs c a t t e r i n gl i m i t a t i o n i n d i s t r i b u t e dr a m a np r e - a m p l i f i e r s , l e e e p h o t o n t e c h n 0 1 l e t t 1 0 ( 1 ) ：1 5 9 - 1 6 1 1 9 f l u d g e rcrs ，h a n d e r e k f u n d a m e n t a ln o i s el i m i t i nb r o a d b a n dr a m a n a m p l i f i e r s ，o f c 2 0 0 1 ，m a 5 2 0 n e u h a u s e rre ，k r u m i c