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        目前廣泛使用的EDFA只能工作在1530~1564nm之間的C波段，為了滿足全波光纖工作窗口的需要，科學家們已找到一種能夠與全波光纖工作窗口相匹配的光放大器，那就是光纖拉曼放大器（FRA）。光纖拉曼放大器已成功地應用于DWDM系統(tǒng)和無中繼海底光纜系統(tǒng)中。

一、光纖拉曼放大器的工作原理——拉曼散射光頻等于信號光頻

      與EDFA利用摻鉺光纖作為它的增益介質(zhì)不同，分布式光纖拉曼放大器（DRA）利用系統(tǒng)中的傳輸光纖作為它的增益介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，石英光纖具有很寬的受激拉曼散射（SRS）增益譜。光纖拉曼放大器基于非線性光學效應的原理，利用強泵浦光通過光纖傳輸時產(chǎn)生受激拉曼散射，使組成光纖的石英晶格振動和泵浦光之間發(fā)生相互作用，產(chǎn)生比泵浦光波長還長的散射光（斯托克斯光），即頻率差為（ωp-ΩR）的散射光。拉曼散射光非常弱，1928年才被印度物理學家拉曼等人發(fā)現(xiàn)。該散射光與波長相同的信號光ωs重疊，從而使弱信號光放大，獲得拉曼增益。就石英玻璃而言，泵浦光波長與待放大信號光波長之間的頻率差大約為13THz，在1.5μm波段，它相當于約100nm的波長差，即有100nm的增益帶寬。

       采用拉曼放大時，放大波段只依賴于泵浦光的波長，沒有像EDFA那樣的放大波段的限制。從原理上講，只要采用合適的泵浦光波長，就完全可以對任意輸入光進行放大。

       分布式光纖拉曼放大器采用強泵浦光對傳輸光纖進行泵浦，可以采用前向泵浦，也可以采用后向泵浦，因后向泵浦減小了泵浦光和信號光相互作用的長度，從而也就減小了泵浦噪聲對信號光的影響，所以通常采用后向泵浦。圖8.2.1表示采用前向泵浦的分布式光纖拉曼放大器的構(gòu)成和工作原理示意圖。

圖8.2.1分布式光纖拉曼放大器

a）構(gòu)成圖b）工作原理圖解

圖8.2.2拉曼色散發(fā)現(xiàn)者——印度科學家拉曼（C.V.Raman，1888—1970年）

印度科學家拉曼發(fā)現(xiàn)拉曼散射效應

       拉曼天資出眾，16歲大學畢業(yè)，19歲又以優(yōu)異成績獲碩士學位。1906年，年僅18歲的拉曼就在英國著名科學雜志《自然》上發(fā)表了關(guān)于光的衍射效應論文。1917年加爾各答大學破例聘請他擔任物理學教授。

       1921年夏天，33歲的拉曼從印度乘坐客輪去英國參加會議，并準備去英國皇家學會發(fā)表演講。在這之前，拉曼對海水的藍色已思考了許久，他并不認同著名物理學家瑞利對深海的藍色只不過是天空藍色被海水反射所致的解釋。所以，他決心借助這次出行，進行實地考察。為此，他行裝里準備了一套實驗裝置：幾個尼科爾棱鏡、小望遠鏡、狹縫，甚至還有一片光柵。望遠鏡兩頭裝上尼科爾棱鏡當起偏器和檢偏器，隨時都可以進行實驗。實驗證實，海水的顏色并非由天空顏色引起，而是海水本身的一種性質(zhì)。拉曼認為這一定是起因于水分子對光的散射。他在回程的輪船上寫了兩篇論文，討論這一現(xiàn)象，論文在中途?？繒r先后寄往英國，發(fā)表在倫敦的兩家雜志上。

1923年，他的學生第一次觀察到了光在純水或純酒精中散射時水顏色改變的現(xiàn)象。1928年2月28日下午，拉曼決定采用單色光作光源，他從目測分光鏡觀看液體散射光，看到在藍光和綠光的區(qū)域里，有兩根以上的尖銳亮線，每一條入射譜線都有相應的散射光線。一般情況，散射光線的頻率比入射光線的低，偶爾也觀察到比入射光線頻率高的散射光線，但強度更弱些。不久，人們開始把拉曼的這種新發(fā)現(xiàn)稱為拉曼效應。1930年，美國光譜學家武德（R.W.Wood）把頻率變低的散射光線稱為斯托克斯線；把頻率變高的光線稱為反斯托克斯線。

1928年，印度物理學家拉曼發(fā)現(xiàn)了拉曼效應，即拉曼散射（RamanScatter-ing），在拉曼宣布發(fā)現(xiàn)這一效應之后幾個月，蘇聯(lián)的蘭茲伯格（G.Landsberg）和曼德爾斯坦（L.Mandelstam）也獨立地發(fā)現(xiàn)了這一效應。所謂拉曼散射是指光波被介質(zhì)散射后其光波頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。為此，拉曼（C.V.Raman，1888—1970年）于1930年獲得了諾貝爾物理學獎。

二、光纖拉曼增益和帶寬——信號光與泵浦光頻差不同增益也不同