第27卷第3期2005年9月湘潭师范学院学报(自然科学版JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEditionVol.27No.3Sep.2005一些宽带光纤放大器的原理和结构y罗韩君,吴伶锡(湖南科技大学物理与信息科学学院,湖南湘潭411201摘要:介绍了宽带光纤放大器的两种基本类型:现已应用于工程实践的宽带拉曼光纤放大器和前景看好的超宽带光纤放大器。并分析了若干具体的宽带光纤放大器的结构和性能。指出了宽带光纤放大器的研究重点是分波段光纤放大器和宽带混合光纤放大器。关键词:宽带光纤放大器;拉曼光纤放大器;SRS;超宽带;分波段;混合光纤放大器:O43文献标识码:A:1671-0231(200503-0058-03随着计算机网络及其它新的数据传输业务的飞速发展,光纤通信系统对带宽的需求越来越大,作为系统中关键器件之一的光纤放大器,宽带宽、高增益、低噪声系数、平坦的增益特性、高输出功率和智能化成为其基本要求。宽带光纤放大器可简单地分为两种:(1稀土掺杂光纤放大器(RDFA及多波段级连宽带光纤放大器,包括掺铒光纤放大器(EDFA、掺铥光纤放大器(TDFA和掺镨光纤放大器(PDFA;(2Raman(拉曼光纤放大器(RFA[1],拉曼光纤放大器和其它RDFA级连可以构成超宽带光纤放大器。在稀土掺杂光纤放大器中,最早实现实用化的是工作在1550nm波段的EDFA;掺镨光纤放大器(PDFA,工作在1300nm波段因机械强度小,与普通光纤熔接困难,使得其难以实用化;在1300nm波段最有希望实现实用化的是掺镨氟化物光纤放大器(PDFFA;掺铥光纤放大器(TDFA在1450~1480nm波段具有高增益和低噪声系数,而且增益漂移掺铥光纤放大器(GS-TDFA可用于放大1480-1510nm波段,掺铥光纤放大器是S-波段(1450-1530nm最有实用化前途的光纤放大器之一[2]。Raman光纤放大器(RFA工作机理完全不同于稀土掺杂光纤放大器,在理论上选用不同的泵浦波长,Raman光纤放大器可用于不同波段的光放大,是目前唯一能实现1292~1660nm光谱放大的器件。1宽带拉曼(Raman光纤放大器1.1拉曼光纤放大器的工作原理图1拉曼光纤放大器工作原理SRS拉曼光纤放大器的工作原理是基于石英光纤中的受激拉曼散射(SRS效应,光纤中的受激拉曼散射效应源于光纤中的三阶非线性效应,即泵浦光子、斯托克斯(stokes光子与光学支声子之间的相互作用:频率为p的泵浦光子被吸收,与此同时自发或受激发射一频率为s=p-的stokes光子,由能量守恒,同时产生一能量为的光声子,光声子的能量被介质所吸收;这一过程如图1所示[3]。1.2拉曼光纤放大器的分类和结构特点拉曼光纤放大器是高速、大容量光纤通信系统的关键技术之一,它主要分为分立式拉曼光纤放大器和分布式拉曼光纤放大器。分立式拉曼光纤放大器所用光纤增益介质短,常用拉曼增益系数高的特种光纤(如掺锗光纤,其长度一般在10km以内,对泵浦功率要求高,常用几到十几瓦的泵浦功率,可产生40dB58y收稿日期:2005-04-20作者简介:罗韩君(1975-,男,湖南邵阳人,助教,国防科技大学硕士生,研究方向:光电子技术和DDS技术在光信息技术中的应用。以上的高增益,常用于EDFA无法放大的波段的信号光的放大。分立式拉曼光纤放大器可以像EDFA那图2环型分立式宽带接曼光纤放大器样做成模块的放大器件,给实际应用带来了相当的方便,图2是一种分立式环型拉曼光纤放大器的原理性结构图[4]。这是一个内置光隔离器和谐振腔,由两部分组成的环行放大器。1060nm泵浦光由WDM耦合进由一对光纤光栅组成的内腔中,腔内产生的斯托克斯光波长为1240nm,此即为放大1310nm信号的泵浦源,再经一WDM耦合到环的放大段。这种环型分立式拉曼光纤放大器的增益系数较高,其净增益可达40dB,而噪声系数不大于4.4dB。分布式拉曼光纤放大器所用增益光纤较长,一般为几十公里,泵浦功率可降低至几百毫瓦。在分布式拉曼光纤放大器中,传输光纤本身就是增益介质,信号光在光纤中传输图3分布式拉曼光纤放大器与EDFA的典型组成的同时得到了放大,这使得其等效噪声系数为负;但是,分布式拉曼光纤放大器在实际应用中增益较低,而掺铒光纤放大器(EDFA的小信号增益可超过30dB,因此将分布式拉曼光纤放大器与EDFA结合起来的混合放大器是一种理想的应用形式。此时,拉曼光纤放大器主要用于辅助EDFA用于DWDM通信系统性能的提高,可以有效地抑制附加的...