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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(xué)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(yīng)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(hào)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(xué)效應(yīng)的原理，利用強(qiáng)泵浦光通過光纖傳輸時(shí)產(chǎn)生受激拉曼散射，使組成光纖的石英晶格振動(dòng)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(xué)家拉曼等人發(fā)現(xiàn)。該散射光與波長相同的信號(hào)光ωs重疊，從而使弱信號(hào)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(hào)光波長之間的頻率差大約為13THz，在1.5μm波段，它相當(dāng)于約100nm的波長差，即有100nm的增益帶寬。

       采用拉曼放大時(shí)，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(duì)任意輸入光進(jìn)行放大。

       分布式光纖拉曼放大器采用強(qiáng)泵浦光對(duì)傳輸光纖進(jìn)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(hào)光相互作用的長度，從而也就減小了泵浦噪聲對(duì)信號(hào)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(xué)家拉曼（C.V.Raman，1888—1970年）

印度科學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)拉曼散射效應(yīng)

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

       1921年夏天，33歲的拉曼從印度乘坐客輪去英國參加會(huì)議，并準(zhǔn)備去英國皇家學(xué)會(huì)發(fā)表演講。在這之前，拉曼對(duì)海水的藍(lán)色已思考了許久，他并不認(rèn)同著名物理學(xué)家瑞利對(duì)深海的藍(lán)色只不過是天空藍(lán)色被海水反射所致的解釋。所以，他決心借助這次出行，進(jìn)行實(shí)地考察。為此，他行裝里準(zhǔn)備了一套實(shí)驗(yàn)裝置：幾個(gè)尼科爾棱鏡、小望遠(yuǎn)鏡、狹縫，甚至還有一片光柵。望遠(yuǎn)鏡兩頭裝上尼科爾棱鏡當(dāng)起偏器和檢偏器，隨時(shí)都可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，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(rèn)為這一定是起因于水分子對(duì)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(shí)先后寄往英國，發(fā)表在倫敦的兩家雜志上。

1923年，他的學(xué)生第一次觀察到了光在純水或純酒精中散射時(shí)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(lán)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(yīng)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(qiáng)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(yīng)。1930年，美國光譜學(xué)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(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)了拉曼效應(yīng)，即拉曼散射（RamanScatter-ing），在拉曼宣布發(fā)現(xiàn)這一效應(yīng)之后幾個(gè)月，蘇聯(lián)的蘭茲伯格（G.Landsberg）和曼德爾斯坦（L.Mandelstam）也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了這一效應(yīng)。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(xué)獎(jiǎng)。

二、光纖拉曼增益和帶寬——信號(hào)光與泵浦光頻差不同增益也不同