拉曼光纖放大器

拉曼光纖放大器（Raman Fiber Amplifier, RFA)

摻鉺光纖放大器(EDFA)的出現及商品化是通信史上的一個里程碑。它取代傳統的光-電-光中繼方式，實現了一根光纖中多路光信號的同時放大，成功套用于波分復用(WDM)光通信系統，極大增加了光纖中可傳輸的信息容量和輸距離。

基本介紹

• 中文名：拉曼光纖放大器
• 外文名：Raman Fiber  Amplifier, RFA
• 類型：通信科技,
• 作用：光纖傳輸與接入

RFA的概念

摻鉺光纖放大器(EDFA)的出現及商品化是通信史上的一個里程碑。它取代傳統的光-電-光中繼方式，實現了一根光纖中多路光信號的同時放大，成功套用于波分復用(WDM)光通信系統，極大增加了光纖中可傳輸的信息容量和輸距離。

但隨著計算機網路及其他新的數據傳輸業務的迅猛發展，EDFA工作波段和頻寬的局限性越來越明顯，已不能滿足未來寬頻網路的需求。在這種情況下，拉曼光纖放大器可放大任意波長的特點受到了廣泛的關注。

拉曼光纖放大器（Raman Fiber Amplifier，RFA)，是利用強雷射在光纖中傳輸時的三階非線性效應—受激拉曼散射效應（SRS：Stimulated Raman Scattering）來工作的。

如果一個弱信號光與一個強泵浦光同時在一根光纖中傳輸，並且弱信號光的波長在泵浦光的拉曼增益頻寬內，則強泵浦光的能量通過SRS耦合到光纖矽材料的振盪模中，然後又以較長的波長發射，該波長就是信號光的波長，從而使弱信號光得到放大，獲得拉曼增益。

RFA的分類

RFA主要分為兩類：分立式（或集中式）RFA和分散式RFA。它們各有特點，並適合於不同的套用領域。

• 分立式RFA採用的放大介質通常是色散補償光纖（DCF）或高非線性光纖。所用的增益光纖相對比較短，一般是幾公里。由於分布放大效率較低的原因，要產生很高的增益，就要求泵浦的功率比較高，成本相應增加
• 分散式RFA則是利用了普通單模光纖作為增益介質。所用的增益光纖很長，一般是幾十公里，泵浦的功率可以降低到幾百毫瓦，主要是和EDFA配合使用，提高系統的性能。

RFA的優點

• RFA是超寬頻光纖放大器：普通光纖的低損耗區間是1270 nm~1670 nm，EDFA只能工作在1525 nm~1625 nm範圍內，而RFA可以全波長放大。可以利用多個泵浦，適當的選擇泵浦的波長和功率可以實現較寬的平坦增益譜。
• RFA增益介質是傳輸光纖本身。光纖拉曼放大器不像EDFA那樣需要用特殊摻雜光纖作為放大介質，它的放大介質就是傳輸光纖本身。毫無疑問，這樣很大程度上降低了成本。
• 噪聲指數低：同EDFA二者配合使用，可以降低系統噪聲係數，這樣可以增加無中繼距離。。
• 可以實現分散式放大：實現長距離傳輸和遠程泵譜，特別適合海底，沙漠光纜通信等不方便設立中繼器的場合。另外，因為放大器是沿光纖分布而不是集中作用，所以光纖各處的信號功率都比較小，可以降低非線性效應尤其是四波混頻效應。

RFA的缺點

• 增益不高：一般RFA的增益都小於15 dB
• 增益具有偏正相關性：RFA的增益與光的偏振態有密切的關係
• 泵浦效率較低：一般只有10%~20%左右。

RFA的套用

• 提升系統容量：傳輸速率不變的情況下，可通過增加信道復用數來提高系統容量。開闢新的傳輸視窗是增加信道復用數的途徑，RFA的全波段放大正好滿足要求。
• 拓展頻譜利用率和提高傳輸系統速率。RFA的全波段放大特性使得它可以工作在光纖整個低損耗區，極大地拓展了頻譜利用率，提高了傳輸系統速率。
• 增加無中繼傳輸舉例。無中繼傳輸距離主要是由光傳輸系統信噪比決定的，分散式RFA的等效噪聲指數極低（-2 dB~0 dB），比EDFA的噪聲指數低4.5 dB。
• 補償DCF的損耗。DCF的損耗係數遠比單模光纖和非零色散位移光纖大，比拉曼增益係數也大。採用DCF與RFA相結合的方式，既可以進行色散和損耗的補償，同時還可以提高信噪比。
• 通信系統升級。在接收機性能不變的前提下，如果增加系統的傳輸速率，要保證接收端的誤碼率不變，就必須增加接收端的信噪比。採用與前置放大器相結合的RFA來提高信噪比，是實現系統升級的方法之一。

RFA由於具有全波段放大、低噪聲、可以抑制非線性效應和能進行色散補償等優點，近年引起人們廣泛關注，現已逐步走向商用。RFA主要用做分散式放大器，輔助EDFA進行信號放大，也可以單獨使用，放大EDFA不能放大的波段，同時克服了EDFA級聯噪聲大及放大頻寬有限等缺點。目前RFA在長距離骨幹網和海底光纜中傳輸的地位已得到承認；在城域網中，RFA也有其利用價值。通信波段擴展和密集波分復用技術的運用，給RFA帶來了廣闊的套用前景。RFA的這一系列優點，使它有可能成為下一代光放大器的主流。