光器件 -- 拉曼放大器（原理、分类和应用）

拉曼工作原理

        拉曼放大器基于受激拉曼散射效应（SRS，Stimulated Raman Scattering），以传输光纤作为增益介质，将拉曼泵浦功率转移到C波段信号上进行放大。受激拉曼散射基本原理为：如果一个弱信号光与一个强泵浦光同时在一根光纤中传输，并且弱信号光的波长在强泵浦光的拉曼增益带宽内（约70~100nm），则强泵浦光的能量通过受激拉曼散射SRS耦合到光纤硅材料的振荡模中，然后又以较长的波长发射，该波长就是信号光的波长，从而使弱信号光得到放大，获得拉曼增益。

拉曼放大器

拉曼放大器（RFA，Raman Fiber Amplifier)是分布式放大器，在发送端（前向放大）和接收端（后向放大）都可以使用。
EDFA（Erbium-Doped Fiber Amplifier）是以掺铒光纤（EDF）作为增益介质的集中式放大器。

拉曼放大器的优点：

• 超宽带光纤放大器：由于拉曼放大器的增益波长由其泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大。

• 噪声系数低：拉曼放大器与EDFA配合使用可以有效降低系统总噪声，提高系统信噪比，从而延长无中继传输距离及总传输距离。

• 应用广泛：拉曼放大器的增益介质为传输光纤本身，因为放大是沿光纤分布而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频（FWM）效应的干扰，从而实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底、沙漠等不方便建立中继站的场景。

拉曼放大器的缺点：

• 增益不高：一般RFA的增益都小于15dB，需要与EDFA配合使用。
• 泵浦光功率高，交付时需要注意安全风险。
• 对光纤质量要求高，交付难度大。

拉曼放大器的分类和应用

根据泵浦方式不同，拉曼光纤放大器可分为前向泵浦和后向泵浦2种结构。

泵浦方式	定义	应用位置	特点
前向泵浦	泵浦光与信号光同方向	发送端	1、放大EDFA无法放大的波段。2、提高拉曼的增益平坦度。
后向泵浦	泵浦光与信号光反方向	接收端	与前向泵浦相比较，采用后向泵浦可以避免泵浦噪声串扰到信号中，从而使放大器的噪声较低，同时后向泵浦的偏振依赖性也较小。