通信學(xué)論文-淺析拉曼放大器對(duì)ＷＤＭ系統(tǒng)性能的影響.doc

通信學(xué)論文-淺析拉曼放大器對(duì)系統(tǒng)性能的影響摘要：介紹了目前在光通訊領(lǐng)域有很大發(fā)展前景的光纖拉曼放大器(RFA)的基本工作原理，以及它在WDM系統(tǒng)中的應(yīng)用和所存在的一些問(wèn)題。關(guān)鍵詞：光纖通信；光纖拉曼放大器；WDM1拉曼放大器工作原理及分類(1)受激拉曼散射(SRS)。受激拉曼散射是強(qiáng)激光的光電場(chǎng)與原子中的電子激發(fā)、分子中的振動(dòng)或與晶體中的晶格相耦合產(chǎn)生的，具有很強(qiáng)的受激特性，即與激光器中的受激光發(fā)射有類似特性：方向性強(qiáng)，散射強(qiáng)度高。(2)光纖拉曼放大器工作原理。光纖拉曼放大器的工作原理是基于石英光纖中的受激拉曼散射效應(yīng)，在形式上表現(xiàn)為處于泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)的弱信號(hào)與強(qiáng)泵浦光波同時(shí)在光纖中傳輸，從而使弱信號(hào)光即得到放大。RFA中一個(gè)入射泵浦光子通過(guò)光纖非線性散射轉(zhuǎn)移部分能量，產(chǎn)生低頻斯托克斯光子，而剩余能量被介質(zhì)以分子振動(dòng)(光學(xué)聲子)的形式吸收，完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷。斯托克斯頻移Vr=Vp-Vs由分子振動(dòng)能級(jí)決定，其值決定了SRS的頻率范圍，其中Vp是泵浦光的頻率，Vs是信號(hào)光的頻率。對(duì)非晶態(tài)石英光纖來(lái)說(shuō)，其分子振動(dòng)能級(jí)融合在一起，形成了一條能帶，因而可在較寬頻差Vp-Vs范圍(40THz)內(nèi)通過(guò)SRS實(shí)現(xiàn)信號(hào)光的放大。(3)拉曼放大器的分類。光纖拉曼放大器分為兩類：集中式拉曼放大器和分布式拉曼放大器。分布式拉曼放大器可對(duì)光信號(hào)進(jìn)行在線放大，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的無(wú)中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦，尤其適用于海底光纜通信等不方便設(shè)立中繼器的場(chǎng)合。分布拉曼放大技術(shù)自1999年成功的用于DWDM傳輸系統(tǒng)，就再次受到廣泛關(guān)注，成為超長(zhǎng)距離全光傳輸中的重要技術(shù)。2拉曼放大器在WDM系統(tǒng)中的影響分布式拉曼放大器對(duì)超長(zhǎng)距離全光WDM傳輸中通道數(shù)增加、傳輸速率提高以及系統(tǒng)性能的改善起著非常重要的作用：(1)DWDM系統(tǒng)中，傳輸容量和復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)目的增加，使光纖中傳輸?shù)墓夤β试絹?lái)越大，引起非線性效應(yīng)也越來(lái)越強(qiáng)，嚴(yán)重的限制了傳輸距離。由于分布式拉曼放大器的放大作用是沿光纖分布的，而不是集中作用的，使得光纖中各處的信號(hào)光功率都較小，可降低非線性效應(yīng)特別是四波混頻效應(yīng)的干擾。(2)分布式拉曼放大器由于光纖本身既是增益媒質(zhì)，又是傳輸媒質(zhì)，光纖既存在損耗，又產(chǎn)生增益，增益可補(bǔ)償損耗，因此，采用分布式拉曼放大器可降低信號(hào)的入射功率，同時(shí)保證適當(dāng)?shù)墓庑旁氡?OSNR)，入射功率降低了，也可有效地抑制非線性效應(yīng)。(3)拉曼放大器增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定，使用多個(gè)泵浦源還可得到比EDFA寬得多的增益帶寬。(4)拉曼放大器輔助傳輸可提高信噪比，信噪比的提高是實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離的關(guān)鍵。采用拉曼輔助傳輸后，OSNR提高了4.7dB。分布式拉曼放大器與EDFA混合使用能有效地降低系統(tǒng)傳輸跨距的噪聲。(5)用分布式拉曼放大器可直接提高Q因子值。分布拉曼不但使系統(tǒng)的Q值升高了，還使得最佳入射信號(hào)光功率降低了許多，這對(duì)降低光纖非線性對(duì)信號(hào)的串?dāng)_有非常積極的作用。3光纖拉曼放大器的應(yīng)用與進(jìn)展目前，分布式光纖拉曼放大器進(jìn)展很快，國(guó)外很多長(zhǎng)距離、超大容量的密集波分復(fù)用光通訊系統(tǒng)(DWDM)所使用的光放大器大多是分布式光纖拉曼放大器，這不僅可以充分利用光纖資源，降低成本，而且可以降低增益介質(zhì)中的光密度，以便減少由于非線性效應(yīng)產(chǎn)生的四波混頻、信道間串?dāng)_所引起的系統(tǒng)性能劣化。但拉曼放大器的增益較低(實(shí)際線路中使用時(shí)不超過(guò)16dB)，而EDFA雖然噪聲指數(shù)上不如拉曼放大器，但小信號(hào)增益可以超過(guò)30dB，因此將拉曼放大器與EDFA結(jié)合起來(lái)的混合放大器是一種理想的應(yīng)用形式。4目前所面臨的問(wèn)題在深入研究FRA的過(guò)程中，泵浦源的選擇與配置、噪聲的控制等都是急待解決的問(wèn)題。其中，光纖的色散特性會(huì)引起傳輸中的前后碼產(chǎn)生干擾，即碼間干擾，限制了傳輸碼速率和傳輸距離。針對(duì)目前傳輸線路上鋪設(shè)的G652單模光纖所存在的色散較大的問(wèn)題，可以將DCF光纖作為G652光纖的色散補(bǔ)償和色散斜率補(bǔ)償部分，組成補(bǔ)償型FRA。除了復(fù)雜的、高難度的工程設(shè)計(jì)以外，為了得到理想的增益效果，分布式拉曼放大器經(jīng)常會(huì)使用超過(guò)1W(30dBm)的放大器。因此，光傳輸系統(tǒng)對(duì)拉曼放大器附近的光纖連接頭與光纖镕接點(diǎn)的質(zhì)量有很高的要求，以盡量減少反射與損耗對(duì)拉曼增益機(jī)制的副