拉曼放大器.doc

主要分析了泵浦光之间的受激拉曼散射，信号光之间的受激拉曼散射，泵浦光的个数，泵浦光功率以及泵浦光波长对拉曼增益曲线平坦度的影响。

一、受激拉曼散射对拉曼增益的影响

当泵浦光在光纤内传输时，不同的泵浦光之间会产生受激拉曼散射效应，即短波长泵浦光会对长波长泵浦光产生拉曼放大。因此，长波长泵浦光会从短波长泵浦光处获取能童，使得长波长信号光的拉曼增益明显增大。同样，在信号光之间也存在着受激拉曼散射作用，长波长信号光会吸收短波长信号光的能量而被放大。

建立如下图1所示的仿真模型，仿真分析了5路后向泵浦功率沿光纤的传输演化。在光纤的末端，每路泵浦光的入纤功率都是100mw，但是经过50km光纤传输后，各自功率的演化呈现不同的趋势。波长最长的泵浦(1495nm)得到了拉曼增益，而波长最短的泵浦(1420nm)衰减的最快。产生这一现象的原因就是受激拉曼散射导致能量由短波长泵浦向长波长泵浦发生传递。

在相同的泵浦参数下，考虑泵浦与泵浦之间和信号与信号之间的受激拉受散射效应后，拉曼增益曲线也会受到一定的影响。图2所示为5路泵浦光作用下对1556.78nm-1591.98nm波长范围内44路信号光进行放大时，泵浦间、信号间受激拉受散射对拉曼增益曲线的影响。

图1 仿真模型

（a）输入光纤前的泵浦光（b）输入的44路信号光

（c）放大后的44路信号光

图2 输入的信号光、泵浦光和放大后的信号光波形图

二、泵浦源功率对拉曼增益的影响

对于给定的拉曼增益值，所需的泵浦功率与诸多因素有关，如拉曼增益系数、光纤的类型和长度、偏振的影响等。为了合理的比较功率分布对拉曼增益的影响，应该保证泵浦源的个数、波长、输入总功率以及其它参数均相同。我们选用波长分别为1420nm、1435mn、1450nm、1465nm和1495nm的5路后向泵浦光，总的泵浦输入功率为340mw，对不同泵浦输入功率的情况进行了模拟，如图3所示。合理配置泵浦功率后得到的增益曲线如图4所示，功率分别为60w、80w、45mw、50mw和105mw。

图3 泵浦功率相等的情况下放大后的信号波形

图4 泵浦功率配置后的情况下得到的放大后的信号波形我们从图中可以看出，相同泵浦功率激励下，在短波长区的增益低于较长波长区。这是由于泵浦间的受激拉曼散射，长波长泵浦吸收短波长泵浦的能量，并且信号光与信号光之间也会由于受激拉受散射产生能量传递。

除此之外，由于单个泵浦的拉曼增益曲线在到达峰值之前上升比较缓慢，而在峰值后下降非常迅速，所以短波长泵浦增益曲线的峰值位于长波长泵浦增益值较高的地方，而长波长泵浦增益曲线的峰值位于短波长泵浦增益值的较低处。由此，尽管最长波长泵浦能从短波长泵浦中吸取能量，但是由于它的增益曲线峰值位于其它短波长泵浦增益值较低的地方。在实际设计多波长泵浦拉曼放大器时，应将最短波长泵浦和最长波长泵浦的功率值提高，其它波长的功率值应随波长增大呈逐渐减小的趋势。图4所示的是按照此原则配置后的泵浦功率，得到了更为平坦的增益曲线。

三、泵浦源波长对拉曼增益的影晌

对于一个多泵浦拉曼放大器来说，每个泵浦光都对信号光的增益有所贡献，但不同波长的泵浦贡献不同，从而产生增益的起伏。不同的泵浦光对信号光波长的放大区域不同，每个泵浦光都对超过本身波长100nm的信号光增益贡献最大，然后在此波长两侧增益降低。因此，合理选择多个波长的泵浦光，可以改善拉曼增益的平坦度。

在泵浦光个数和输入功率相同的情况下，分析了5路泵浦光在波长不同分布时的增益情况。图5表示泵浦波长在1420nm-1520nm间以25nm等间隔分布的拉曼增益，图6表示合理调整泵浦波长不等间隔分布(分别为1420nm、1435nm、1450nm、1465nm和1520nm)时的拉曼增益。我们从图中不难看出，与等间隔分布相比，合理选择泵浦波长不等间隔分布能够有效的改善增益的平坦度。

图5 泵浦光波长在1420nm-1520nm间以25nm等间隔时的拉曼增益

图6 泵浦光波长在1420nm-1520nm间配置后的拉曼增益图

图7 泵浦波长在1420nm-1480nm内间隔为15nm时的拉曼增益曲线而泵浦波长同为等间隔分布时，不同的间隔大小对拉曼增益的影响也是不同的。图7所示为泵浦波长在1420nm-1480nm内间隔为15nm时的拉曼增益曲线，而图5所示为泵浦波长在1420nm-1520nm内间隔为25nm时的增益曲线.从图中

可以看出，泵浦波长间隔小的时候，增益峰值处的波动相对较小，但是增益带宽也比较窄。而波长间隔加大时，增益的波动加大，带宽也加大。增益的波动和相对平坦带宽两者是相互制约的，应该选取适当的参数达到两者的最优选择。

四、泵浦源个数对拉曼增益的影响

泵浦源个数对拉受放大器的性能有着直接的影响。图8中，我们分别仿真了3路、5路、12路泵浦光放大1556.78nm-1591.98nm间的44路信号光的拉曼增益。其中，图8为3路泵浦光(波长为1420nm、1450nm、1495nm)作用下的拉曼增益，图9为5路泵浦光(波长为1420nm、1435nm、1450nm、1465nm和1495nm)的作用下的拉曼增益，图10为12路泵浦光作用下的拉曼增益，其波长和功率见图11。