光纤拉曼放大器的应用
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首次获得2.2W的一级拉曼光 （1024.6 nm）以及1.6 W的 二级拉曼光（1183 nm ）连 续输出
Bélanger
等
利用两对轴向压缩可调谐的FBG
获得了一级斯托克斯功率为 15 W、输出波长范围10751135 nm 、带宽为 60 nm 的可调谐拉曼光纤激光器，转
换效率在76.1%-93.1% 之间
2008年
厦门大学
1064 nm的Nd：YVO4固体激光器作 为泵浦源， 经过磷硅光纤的两次拉曼频
产生1484nm激光，输出功率 为 1.15 W，光-光转换效率为
移
28.8%
电子科技 集团34所
在1455nm 波长处获得 597 锗硅光纤五级级联拉曼光纤激光器， 在 mW 的稳定激光输出光 - 光 1100 nm 掺镱光纤激光器泵浦
❖ 1972 年美国斯通伦首次报导在硅基光纤中发现了受激拉曼辐射现象 ❖ 1984年拉曼放大技术开始研究并应用。
FRA发展概述
❖ 到1990年,伴随着EDFA技术成熟和大量商用,光纤拉曼放大器几乎被 人遗忘。
❖ 目前，对于光纤拉曼放大器的研究主要分为：
参数模拟仿真方面 和 应用设计方面的研究。
➢ 模型的优化和算法的改进
主讲内容
1 FRA发展概述 2 FRA泵浦源及光纤介质进展 3 DRA及LRA的研究进展 4 FRA的最新进展
FRA发展概述
❖ 1928年，印度加尔各答大学的物理学家拉曼发现了拉曼散射光谱． 用汞灯的 435.8 nm谱线照射四氯化碳时，发现在液体的散射光中出 现了频率比入射光频率低的新光谱．
❖ 1962年，人们发现如果照射光强超过一定的阈值，会产生受激拉曼 散射(SRS)效应．
➢ 商用的光纤放大器的主流产品依然是EDFA，拉曼光纤放大器研究很 热也有一些应用 例如国外很多长距离的超大容量的波分复用光通讯中 （DWDM）就使用的是分布式拉曼光纤放大器也有采用合适的光纤 用作分立式的拉曼光纤放大器
FRA泵浦源及光纤介质进展
❖ 目前，可实用的拉曼泵浦源包括复用半导体泵浦激光器和级联式拉曼 激光器。对于不同泵浦方式，对FRA影响很大。
单波长单级拉曼光纤激光器
研究集中在提高光 - 光转换效率与宽谱波长调谐性能方面。
2006年
R Vallée 深圳大学
用 5 nm 宽带高反射率啁啾光纤光栅作 输入耦合器，用 0.8 nm 窄带 FBG 作 输出耦合器构成一阶拉曼谐振腔
采用 100 m 光子晶体光纤
实现了93.6% 的光 - 光转换பைடு நூலகம்效率
转换效率约为 6.35%
FRA泵浦源及光纤介质进展
❖ 多波长级联拉曼光纤激光器
2001年 2003年 2008 年
Mermelstein 等 A A Demidov 等
S. Hann 等
用锗硅光纤和七对FBG构成 实现了三波长（ 1427 、 七级级联拉曼光纤激光器 1454 、 1480 nm ）激光
采用1062nm掺钕光纤激光器作泵浦，通过3次波长变换，实现了 1W的1407 nm 激光输出，斜率效率为 35%
❖ 2007 年，Y Emori 等采用 65 m 高非线性锗硅光纤作为增益介质 、利用五级级联激光器结构、 用波长为 1117 nm 掺镱光纤激光器 泵浦的五级级联拉曼光纤激光器， 在 1480 nm 获得了输出功率高 达 41 W 的激光输出，是当时级联拉曼光纤激光器所报道的最高输 出功率
输出，其斜率效率为38%
用磷硅光纤获得 1 278 nm 、 1.6 W 单波长单级拉曼激 光作为两段锗硅光纤构成串
联谐振腔的泵浦源
输出1463nm、 1425nm、1454 nm 三 波长，功率在很大范围 内受到动态可调
前四级仍为高反射率的内谐 振腔 ，他们用带宽为 60 nm 的啁啾光纤光栅代作为 后三级的输入耦合器
级联式拉曼激光器
单波长 级联拉曼光纤激光器
多波长 级联拉曼光纤激光器
•单波长多级级联拉曼光纤激光器 •单波长单级拉曼光纤激光器
•输出三波长的级联拉曼光纤激光器 •输出六波长的级联拉曼光纤激光器 •输出十个以上波长的级联拉曼光纤激光器
FRA泵浦源及光纤介质进展
单波长多级级联： ❖ 2000 年，EM Dianov 首次结合磷硅光纤中与磷和硅相关的频移，
激光器输出功率为 1.02W光 - 光转换效率 仅为 21.6 ％
• 从单波长泵浦光源、单级放大发展到多波长泵浦光源、多级放大
FRA泵浦源及光纤介质进展
❖ 出现了一种采用光子晶体光纤技术研制的高非线性光纤 , 它弥补了 通 常色散补偿光纤的拉曼增益系数小的问题。 这种模场直径更小、 拉 曼增益系数更大的光子晶体光纤一经开发成功便受到广泛关注。
❖ 国内的光迅和中兴等公司也开发了C波段和L波段的光纤拉曼放大器
❖ 目前光纤放大器的研究工作主要集中在C+L波段，而S波段光纤拉曼放 大器更有发展前景，而且是稀土掺杂光纤放大器难以与其竞争的，这 对扩展带宽很有意义．
分立式拉曼放大器（ LRA ）的发展
❖ LRA 可以采用特殊设计的光纤如 DCF 光纤或者碲基光纤 . 目 前 DCF 光纤拉曼增益系数比 SSMF 提高了 10 倍左右
❖ 这种光子晶体光纤的特点是 : 光纤纤芯由固体的 SiO2组成 , 模场直径 非常小 ( ≤ 1μm) 、非线性系数高 ; 包层中有许多空气孔 , 用来有效 地降低包层的折射率。
国内外分布式拉曼放大器（DRA）进展
❖ 国外对C波段和L波段的光纤拉曼放大器进行了大量的理论分折，优化 设计和实验研究，取得了较大的进展，并开发了光纤拉曼放大器产品 一些通讯领域的大公司，朗讯实验室等，将多级串接分布式拉曼放大 器用于光纤DWDM传输系统．在实验室多波长抽运的拉曼光纤放大器 光谱带宽已实现100 nm
❖ 采用 DCF 光纤作增益介质组成两级放大， 每级采用两个泵浦波长， 其间再采用 GFF 以保证 S 波段平坦放大， 其增益可以达到 30dB ， 而噪声系数只有 5.5dB 左右， 可同时补偿损 耗和色散.
❖ LRA 还可采用碲基光纤.H. MaSuda 等人设计的 LRA 采用3级放大 ， 其中 两级采用 碲基光纤， 一级采用 DCF 作为增益介质，以同时 补偿损耗和色散 . 在135 nm（1497-1632 nm）带宽上获得最低 22.8dB 、最高34.6dB的增益，噪声系数<8.3 dB.
Bélanger
等
利用两对轴向压缩可调谐的FBG
获得了一级斯托克斯功率为 15 W、输出波长范围10751135 nm 、带宽为 60 nm 的可调谐拉曼光纤激光器，转
换效率在76.1%-93.1% 之间
2008年
厦门大学
1064 nm的Nd：YVO4固体激光器作 为泵浦源， 经过磷硅光纤的两次拉曼频
产生1484nm激光，输出功率 为 1.15 W，光-光转换效率为
移
28.8%
电子科技 集团34所
在1455nm 波长处获得 597 锗硅光纤五级级联拉曼光纤激光器， 在 mW 的稳定激光输出光 - 光 1100 nm 掺镱光纤激光器泵浦
❖ 1972 年美国斯通伦首次报导在硅基光纤中发现了受激拉曼辐射现象 ❖ 1984年拉曼放大技术开始研究并应用。
FRA发展概述
❖ 到1990年,伴随着EDFA技术成熟和大量商用,光纤拉曼放大器几乎被 人遗忘。
❖ 目前，对于光纤拉曼放大器的研究主要分为：
参数模拟仿真方面 和 应用设计方面的研究。
➢ 模型的优化和算法的改进
主讲内容
1 FRA发展概述 2 FRA泵浦源及光纤介质进展 3 DRA及LRA的研究进展 4 FRA的最新进展
FRA发展概述
❖ 1928年，印度加尔各答大学的物理学家拉曼发现了拉曼散射光谱． 用汞灯的 435.8 nm谱线照射四氯化碳时，发现在液体的散射光中出 现了频率比入射光频率低的新光谱．
❖ 1962年，人们发现如果照射光强超过一定的阈值，会产生受激拉曼 散射(SRS)效应．
➢ 商用的光纤放大器的主流产品依然是EDFA，拉曼光纤放大器研究很 热也有一些应用 例如国外很多长距离的超大容量的波分复用光通讯中 （DWDM）就使用的是分布式拉曼光纤放大器也有采用合适的光纤 用作分立式的拉曼光纤放大器
FRA泵浦源及光纤介质进展
❖ 目前，可实用的拉曼泵浦源包括复用半导体泵浦激光器和级联式拉曼 激光器。对于不同泵浦方式，对FRA影响很大。
单波长单级拉曼光纤激光器
研究集中在提高光 - 光转换效率与宽谱波长调谐性能方面。
2006年
R Vallée 深圳大学
用 5 nm 宽带高反射率啁啾光纤光栅作 输入耦合器，用 0.8 nm 窄带 FBG 作 输出耦合器构成一阶拉曼谐振腔
采用 100 m 光子晶体光纤
实现了93.6% 的光 - 光转换பைடு நூலகம்效率
转换效率约为 6.35%
FRA泵浦源及光纤介质进展
❖ 多波长级联拉曼光纤激光器
2001年 2003年 2008 年
Mermelstein 等 A A Demidov 等
S. Hann 等
用锗硅光纤和七对FBG构成 实现了三波长（ 1427 、 七级级联拉曼光纤激光器 1454 、 1480 nm ）激光
采用1062nm掺钕光纤激光器作泵浦，通过3次波长变换，实现了 1W的1407 nm 激光输出，斜率效率为 35%
❖ 2007 年，Y Emori 等采用 65 m 高非线性锗硅光纤作为增益介质 、利用五级级联激光器结构、 用波长为 1117 nm 掺镱光纤激光器 泵浦的五级级联拉曼光纤激光器， 在 1480 nm 获得了输出功率高 达 41 W 的激光输出，是当时级联拉曼光纤激光器所报道的最高输 出功率
输出，其斜率效率为38%
用磷硅光纤获得 1 278 nm 、 1.6 W 单波长单级拉曼激 光作为两段锗硅光纤构成串
联谐振腔的泵浦源
输出1463nm、 1425nm、1454 nm 三 波长，功率在很大范围 内受到动态可调
前四级仍为高反射率的内谐 振腔 ，他们用带宽为 60 nm 的啁啾光纤光栅代作为 后三级的输入耦合器
级联式拉曼激光器
单波长 级联拉曼光纤激光器
多波长 级联拉曼光纤激光器
•单波长多级级联拉曼光纤激光器 •单波长单级拉曼光纤激光器
•输出三波长的级联拉曼光纤激光器 •输出六波长的级联拉曼光纤激光器 •输出十个以上波长的级联拉曼光纤激光器
FRA泵浦源及光纤介质进展
单波长多级级联： ❖ 2000 年，EM Dianov 首次结合磷硅光纤中与磷和硅相关的频移，
激光器输出功率为 1.02W光 - 光转换效率 仅为 21.6 ％
• 从单波长泵浦光源、单级放大发展到多波长泵浦光源、多级放大
FRA泵浦源及光纤介质进展
❖ 出现了一种采用光子晶体光纤技术研制的高非线性光纤 , 它弥补了 通 常色散补偿光纤的拉曼增益系数小的问题。 这种模场直径更小、 拉 曼增益系数更大的光子晶体光纤一经开发成功便受到广泛关注。
❖ 国内的光迅和中兴等公司也开发了C波段和L波段的光纤拉曼放大器
❖ 目前光纤放大器的研究工作主要集中在C+L波段，而S波段光纤拉曼放 大器更有发展前景，而且是稀土掺杂光纤放大器难以与其竞争的，这 对扩展带宽很有意义．
分立式拉曼放大器（ LRA ）的发展
❖ LRA 可以采用特殊设计的光纤如 DCF 光纤或者碲基光纤 . 目 前 DCF 光纤拉曼增益系数比 SSMF 提高了 10 倍左右
❖ 这种光子晶体光纤的特点是 : 光纤纤芯由固体的 SiO2组成 , 模场直径 非常小 ( ≤ 1μm) 、非线性系数高 ; 包层中有许多空气孔 , 用来有效 地降低包层的折射率。
国内外分布式拉曼放大器（DRA）进展
❖ 国外对C波段和L波段的光纤拉曼放大器进行了大量的理论分折，优化 设计和实验研究，取得了较大的进展，并开发了光纤拉曼放大器产品 一些通讯领域的大公司，朗讯实验室等，将多级串接分布式拉曼放大 器用于光纤DWDM传输系统．在实验室多波长抽运的拉曼光纤放大器 光谱带宽已实现100 nm
❖ 采用 DCF 光纤作增益介质组成两级放大， 每级采用两个泵浦波长， 其间再采用 GFF 以保证 S 波段平坦放大， 其增益可以达到 30dB ， 而噪声系数只有 5.5dB 左右， 可同时补偿损 耗和色散.
❖ LRA 还可采用碲基光纤.H. MaSuda 等人设计的 LRA 采用3级放大 ， 其中 两级采用 碲基光纤， 一级采用 DCF 作为增益介质，以同时 补偿损耗和色散 . 在135 nm（1497-1632 nm）带宽上获得最低 22.8dB 、最高34.6dB的增益，噪声系数<8.3 dB.