喇曼放大器

分布式喇曼光纤放大器介绍武汉光迅科技股份公司2010.04付成鹏喇曼光纤放大器的基本原理产品形态与分类Raman放大器制作工艺（不同放大器的光路结构）分布式喇曼光纤放大器的主要应用和防护要点喇曼光纤放大器基本原理喇曼光纤放大器基本原理振动模型：从晶体的振动模型来考虑，组成光纤的SiO2的原子在不停的做无规则的热振动，这种晶格的振动发出一种能量，这种能量被称为格波，其能量单位记为声子。当入射到光纤中的光子与格波（声子）相互作用时，光子就会被声子散射。如果入射到光纤中的光波为非相干的或着功率比较小时，这种散射为自发的喇曼散射；如果入射到光纤中的光波为高功率的相干光时，这种散射就为受激喇曼散射。在受激喇曼散射过程中，相干的入射光子被受激的相干声子所散射，其过程可以描述为：最初一个入射介质的相干光子与一个受激声子相碰撞，产生了一个斯托克斯光子，同时增添了一个受激声子，这个受激声子与入射光子再发生碰撞，又产生了一个受激声子和斯托克斯光子，这一过程不断反复，导致了一个产生受激声子的雪崩过程。ωmn2ωp2ωmnωs4ωp2ωs4ωmn喇曼光纤放大器基本原理续）量子力学模型：Anti-StokesStokesWavelengthAnti-StokesScattingpumphphononhantiStokeshE1E2Anti-Stokes&StokesscattingEnergylevelstructure:StokesScatting(Ramanamplification)pumphphononhStokeshE1E2什么是分布式喇曼光纤放大器？在传输线路中，信号功率不是突变而是沿整个传输线路都得到不断放大的光纤放大器就是分布式光纤放大器，基于受激喇曼散射的分布式光纤放大器就称为分布式喇曼光纤放大器。为什么要用分布式喇曼光纤放大器？主要是由于分布式喇曼光纤放大器与其它集总式光纤放大器相比有许多优点：等效噪声指数低（0），因此能够进行超常距离的传输。增益谱型与信号输入功率的大小不敏感，而且其增益平坦度可以通过多波长泵浦来实现，而不需要额外的增益平坦滤波器。有非常宽的增益带宽，只要适合的泵浦波长，理论上能够放大任何波长处的信号。不需要额外的增益光纤作为增益介质，任何传输光纤本身即为增益介质不同光纤中的喇曼增益谱0246810121416182022242628300.00.51.01.52.02.53.0LeafDCFG.652Ramangaincoefficiency(1/wkm)Frequencyshift(THz)Pump(wavelenth)=1455nm产品形态与分类不同的泵浦方式按照不同的泵浦方式，分布式Raman光纤放大器可以分为后向泵浦、前向泵浦与双向泵浦三类。后向泵浦TxRx前向泵浦PumpFiberTxRx双向泵浦PumpFiberTxRxPump几种泵浦方式下信号功率的变化不同的工作波长带宽按照不同的工作波长带宽，分布式Raman光纤放大器可以分为单波长应用的Raman放大器与多波长应用的放大器，其中在多波长应用放大器中又可分为C-band、L-band、C+L-band以及C+L扩展的Raman放大器。Raman放大器制作工艺1.单波长应用光路制作2.多波长应用光路制作1)C-band后向泵浦2)C-band前向泵浦3)即可做前向也可做后向泵浦应用的光路结构4)C+L-band简单示意图5)C+L-扩展应用示意图3.带热管的机械设计1455nm1455nm1440nm1440nmIPBCDIPBCD1430nm/1480nmWDMPINPINReflectionD6PumpD71450nm/1550nmWDM200GHzFilterSignalInPumpout1550nm10/90Coupler1460nm1/99Coupler100GHzFilterSignaloutPINSignalD8PINASED91550.12nm1550.12nm10dBATT单波长的光路结构设计1425nm1435nm1455nm1465IPBCDIPBCD1400nm~1446nm/1453nm~1500nmWDM1460nm1:99Coupler1460nm1:99Coupler3dBCouplerPIN反射光PIN泵浦光10dB损耗熔接泵浦光探测泵浦输出信号输入泵浦/信号WDM信号输出信号光探测3dBCoupler1550nm5:95CouplerPINS+NPINNInterleaver15301535154015451550155515601565101112131415On-offGain/dBWavelength/nmG(Max)=13.28dBG(Min)=12.75dBC-Band后向泵浦的光路结构注：单独的C+L-band的光路结构与此相同，只不过泵浦波长不相同C-band改进后向泵浦的光路结构设计pump1pump2pump3pump4pump1pump2pump3pump4PINPIN155050/50Coupler15505/95Coupler5％传输光纤1550/1450WDMCom14xx1550nmSignalMonSignalOutSignalInPumpout1550nmpassbandfilter1528~1564nmInbandMonOut-offbandMon1511nmCWDM1550nmpassbandfilter1528~1564nm1510nmOSCInbandMonpumpsignalsignalsignalsignalsignalOSC1455146514351425IPBCDIPBCD1430nm/1480nmWDMPINPINReflectionMon(PIN)Pump1450nm/1550nmWDMPump&sigalOutput1460nm1/99Coupler2/98PIN1460nm50/50Co-SignalMon(PIN)PumpMon(Local)PortAPortCPortBSignalInputISOC-Band前向泵浦的光路结构pump3pump4pump2pump1IPBCDIPBCD1430nm/1480nmWDMPINPINReflectionMon(PIN)Pump1450nm/1550nmWDMCount-SignalInputPumpOutput1460nm1/99Coupler5/9550/502/98PINPIN1460nm50/50Count-SiganlMon(PIN)Co-SignalMon(PIN)Count-SignalOutputCo-SignalInputCount-SignalMon(Local)PumpMon(Local)PortAPortBPortCPortD10dBATTC-Band可以前后向泵浦的光路结构C+L-Band扩展光路结构1455nm1465nm1425nm1435nmIPBCDIPBCD反射光探测1460nm1/99P-MON1480/1430WDM泵浦光探测D8D7LEXT1400~1470/1480~1505WDM5%95%1550nm5/955％95％PumpoutSignaloutMonPIN1550nm50/50D91550/1450WDM信号SignalInPINPIN1460nm5/95(LC/APC)(LC/PC)(LC/PC)(E2000/APC)(E2000/APC)ABCDEFGHIJKL123456789101112131415161718191425nm1425nm1438nmIPBCIPBCWDM1Pumpout1451nm1465nmIPBCD1495nmIDWDM2WDM3153015401550156015701580159016001610-12-11-10-9-8-7-6-515301540155015601570158015901600161010111213141516Max(On-offgain)-Min(On-offgain)=1.3dBOn-offgain/dBNetgain/dBWavelentth/nmMax(NetGain)-Min(NetGain)=0.77dB平坦型C+L-Band简单光路结构喇曼光纤放大器所需光器件IPBCD泵浦合波WDM泵浦/信号WDM1460nm1：99Coupler1460nm3dBCoupler1550nm5：95Coupler1550nm3dBCouplerInterleaverPINACCELINKWRI分布式喇曼光纤放大器性能参数On/offGainNFPDG信号光插损/扩展泵浦光复用器的插损分布式喇曼光纤放大器的主要应用和防护要点主要应用：1.单跨距长距离传输系统2.超大容量的密集波分复用系统主要防护1.无光管泵功能的实现2.光纤端面的保护（端面烧蚀的问题）谢谢!