DWDM系统拉曼放大器的原理及应用华为技术有限公司版权所有侵权必究修订记录目录1前言 (5)2拉曼放大器原理 (5)2.1受激拉曼散射概念 (5)2.2受激拉曼散射的应用 (5)2.3拉曼放大器的分类 (6)2.4拉曼放大器的特点 (7)3拉曼放大器的应用 (8)3.1拉曼放大器的特性 (8)3.1.1 2.2 拉曼放大器在DWDM中的应用 (9)4工程中应用注意事项 (10)4.1端面要保持清洁 (10)4.2光缆性能保证 (11)4.3其他注意事项 (11)关键词：拉曼放大器摘要：本资料详细描述了拉曼放大器基本理论及在DWDM系统中的应用。

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DWDM系统拉曼放大器的原理及应用1 前言近年来，随着数据通信和INTERNET的发展，密集波分复用通信系统的带宽需求不断提高，拉曼放大器作为DWDM系统中的关键技术，已经成为光纤通信领域研究的热点。

由于其具有极宽的增益带宽，极低的噪声系数，拉曼放大器在超大容量高速长距离DWDM系统中得到广泛的应用，可以大幅度提升现有光纤系统的容量，增加无电再生中继的传输距离，降低系统的成本。

EDFA和拉曼放大器的有机结合，是目前的通信系统中比较成熟的一种方式。

2 拉曼放大器原理2.1 受激拉曼散射概念在常规光纤传输系统中，由于光功率并不大，因此光纤主要呈现线性传输特性。

然而随着光纤放大器的应用，光纤在一定条件下开始呈现出非线性特性，并最终成为限制系统性能的因素之一。

受激拉曼散射就是非线性效应中的一种。

当一定强度的光入射到光纤中时会引起光纤材料的分子振动，进而调制入射光强，产生间隔恰好为分子振动频率的边带。

低频边带称斯托克斯线，高频边带称反斯托克斯线，前者强度较高。

这样，当两个恰好频率间隔为斯托克斯频率的光波同时入射到光纤时，低频波将获得光增益；高频波将衰减，其能量转移到低频段上，这就是受激拉曼散射（SRS）。

由于受激拉曼散射SRS激发的是光频支声子，其产生的拉曼频移量一般在100GHz~200GHz，且门限值较大，在1550nm处约为27dBm，一般情况下不会发生。

但对于WDM系统，随着传输距离的增长和复用的波数的增加，EDFA放大输出的光信号功率会接近27dBm，SRS产生的机率会增加。

2.2 受激拉曼散射的应用高强度电磁场中任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。

受激拉曼散射（SRS）是光纤中一个很重要的三阶非线性过程。

它可以看作是介质中分子振动对入射光（泵浦光）的调制，从而对入射光产生散射作用。

假设入射光的频率为ωl，介质的分子振动频率为ωv，则散射光的频率为：ωs＝ωl－ωvωas＝ωl＋ωv这种现象叫SRS。

在此过程中产生的频率为ωs的散射光叫斯托克斯光（Stokes），频率为ωas的散射光叫反斯托克斯光。

对斯托克斯光可以用物理现象描述如下：一个入射的光子消失，产生一个频率下移（约13THz）的光子（即stokes波），剩余能量则被介质以分子振动的形式吸收，完成振动态之间的跃迁，使能量和动量守恒。

普通的拉曼散射需要很强的激光功率。

但是在光纤波导中，光纤作为非线形介质，可将高强度的激光场与介质的相互作用限制在非常小的截面内，大大提高了入射光场的光功率密度，在低损耗光纤中，光场与介质的作用可以维持很长的距离，其间的能量耦合进行的很充分，使得在光纤中利用受激拉曼散射成为可能。

光纤拉曼放大器是SRS的一个重要应用。

由于石英光纤具有很宽的SRS增益谱，且在13THz附近有一较宽的主峰。

如果一个弱信号和一个强的泵浦波在光纤中同时传输，并且它们的频率之差处在光纤的拉曼增益谱范围内，弱信号光即可得到放大，这种基于SRS机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器。

如图1所示即是拉曼放大器的增益谱示意图。

某一波长的泵浦光，在其频率下移约为13THz（在1550nm波段，波长上移约为100nm）的位置可以产生一个增益很宽的增益谱。

图1. 拉曼放大器增益谱示意图2.3 拉曼放大器的分类光纤拉曼放大器可分为两类：分立式拉曼放大器和分布式拉曼放大器。

前者结构中用专门的增益放大光纤进行增益放大，泵浦功率要求很高，一般在几到十几瓦特，可产生40dB以上的高增益，象EDFA一样用来对信号光进行集中放大，因此主要用于EDFA无法放大的波段。

对于后者，传输光纤即为增益介质，一般几十公里，泵源功率可降低到几百毫瓦，主要与EDFA混合使用，另外与光信号的传输速度相比，拉曼放大器的放大过程是非常缓慢的，用于DWDM通信系统性能的提高，抑制非线性效应，提高信噪比。

这种分布式拉曼放大技术由于其一系列优点得到了广泛关注，并已经在通信系统中得到了应用。

我们的拉曼放大器就是分布式的,需要和EDFA配合使用。

2.4 拉曼放大器的特点光纤拉曼放大器有三个突出的特点：第一，利用受激拉曼散射可制作超宽带光纤放大器，由于拉曼放大器的增益波长由其泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大；实际上，拉曼放大器可以适用从1300nm到1700nm的整个频段。

若拉曼放大器用不同的多个波长同时泵浦，还可以获得带宽达几十到100nm左右的超宽带放大波段。

如图2所示即为三波长泵浦组成的宽带光纤拉曼放大器的增益谱示意图。

另外，在波长较短的波段，拉曼放大器的增益有随着波长增加而增大的现象。

相反对于EDFA则从1560nm波长起，增益有随波长增加而减少的趋势。

于是，采用分布式拉曼光纤放大与掺铒光纤放大相结合可得到超宽带平坦的增益曲线。

例如将拉曼放大器与氟化物玻璃EDFFA两种光纤放大器的增益特性互补，可获得1530～1600nm的超宽带平坦增益特性。

图2. 多波长泵浦组成的宽带FRA增益谱示意图第二，在分布式拉曼光纤放大器中，其增益介质为传输光纤本身，使拉曼放大器可以对光信号进行在线放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦，尤其适用于海底光缆通信等不方便设立中继器的场合。

而且因为放大是沿光纤分布而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低非线性效应尤其是四波混频效应的干扰，减轻信道间串扰的影响，这对于大容量超长距离WDM系统是十分适合的；第三，噪声指数低。

当拉曼放大器与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。

3 拉曼放大器的应用3.1 拉曼放大器的特性光纤中受激拉曼散射谱（也就是拉曼增益谱）可以参见图3。

由于受激拉曼放大是偏振相关的，也就是当信号光和泵浦光的偏振方向一致时，信号光能够获得最大的增益，所以图中给出了信号光和泵浦光同偏振和正交时的增益谱。

实际的分布式拉曼放大器，由于其传输光纤很长，信号光和泵浦光的偏振方向都无法保持，基本上是随机的，所以整个拉曼放大器中的增益系数为：（同偏振时的增益+正交时的增益）/2；图3. 光纤中的受激拉曼增益谱正交偏振时几乎没有增益，所以整个拉曼放大器中的增益就是同偏振时增益的一半，而增益谱的形状基本上和同偏振时一样。

因此我们使用两个偏振垂直的泵浦光做为一组，以实现相应规格的增益。

同时，由于分布式拉曼放大器的增益介质是传输光纤自身，所以在不同类型的光纤中体现出的增益特性也各不相同。

G.655和G.652光纤在拉曼应用上的区别：1、增益不同。

G.655光纤的拉曼系数比G.652的大，因此在相同泵浦功率下，拉曼放大器在G.655光纤中的增益要比在G.652光纤中大。

2、在G.655光纤中，拉曼放大器的噪声比G.652光纤中大一些，但差别相对比较小。

3.1.1 2.2 拉曼放大器在DWDM中的应用在DWDM系统中，为了灵活的满足用户的多种需求，现在系统中应用的拉曼放大器有三种结构，RPC由两组波长泵浦组成，针对于C波段，应用于C波段系统中；RPA由三组波长泵浦组成，针对于C+L波段，应用于C+L波段系统中；RPL则是用于C波段系统向C+L波段系统升级的产品，由一组波长泵浦组成。

他们位于DWDM系统的接收端，通过向传输光纤发送大功率泵浦光使信号光在传输过程中得以放大。

在DWDM系统中，拉曼放大器不是孤立的，而是与特殊设计的EDFA混合应用。

如图4所示，拉曼放置在接收系统的最前端，把泵浦光送入传输光纤同时将放大的信号光分离出来输出到后续的EDFA中。

图4. 拉曼放大在DWDM系统中的位置1600G拉曼放大器系统规格1、拉曼放大器的工作带宽可宽达100nm，具体使用多大的工作带宽是由系统的具体配置来决定的。

2、增益平坦度指标是针对拉曼放大单元，即拉曼放大器与相应的EDFA配合提出的，在系统中，还考虑了相应传输光纤对平坦度的影响。

因此，和拉曼放大器配套使用的EDFA可以不要求具有增益预倾斜的功能。

3、拉曼放大器的有效增益是指拉曼放大器对通信信号的实际增益，而业内通常描述拉曼放大器增益的是开关增益，即拉曼放大器开与关状态下EDFA输出光功率的差值，要注意的是，此值与其有效增益相比，要大1dB左右。

4 工程中应用注意事项基于拉曼放大器的特点：采用传输光纤做为增益介质，以及很强的输出光功率，因此在工程中需要有一些特殊的注意事项。

4.1 端面要保持清洁拉曼放大器的输出功率很高，若光纤跳线端面存在灰尘，光纤端面上的污物会吸收光能量发热，很容易造成跳线损伤、烧毁，影响系统性能。

因此，一定要保证连接到输入端的跳线的端面清洁，同时拔插光纤头力度要适中，以免APC的光纤头损坏。

在拉曼放大器开工之前，请将放大器输入输出端跳线，尤其是输出端E2000/APC跳线及局方ODF架上与其联结的跳线接头利用擦纤器清洁一遍。

清洁的标准是跳线接头无灰尘，观测的方法是利用光纤端面显微镜观察。

要注意的是，观测前一定要确认跳线中是否无光，若有光请关断光源，否则，容易损伤眼睛及显微镜。

清洁过程中应注意，如果是用擦纤纸清洁，请不要重复使用，以免交差感染，如果跳线接头较脏，请用擦纤纸沾酒精擦拭，再用干净、无酒精的擦纤纸擦拭。

或者用擦纤器擦拭，同样要注意，擦纤器中TAP用完后，请不要重复利用。

再次提醒，请不要在存在光信号的情况下，直接用眼睛或通过显微镜来观测光纤端面！DWDM 系统拉曼放大器的原理及应用 文档密级：内部公开2005-3-24华为机密，未经许可不得扩散 第11页, 共11页 4.2 光缆性能保证拉曼放大器的增益介质即是传输光缆本身，因此，传输光缆的种类及质量对拉曼放大器的性能有很大影响。

光缆如果质量较差，特别是近拉曼放大器一端的质量较差－－有大的损耗点或者有较大的反射系数，将严重影响系统性能，甚至造成线路烧毁，因此，拉曼放大器开通前对光缆进行相应测试是必需的步骤。

同时，因为拉曼大器的80％增益在距离放大器的25Km 以内，所以在这25Km 光纤不能有太大的衰耗，更不能有衰耗的跳变，如不好的熔接点，接触不好的连接点。