付成鹏 印新达 杨滔滔 何万晖
1 引言
随着10Gb/s DWDM长距离传输系统的大量应用和40Gb/s技术的日趋成熟，喇曼光纤放大器的重要性日渐显露，并逐步进入商用。光器件制造商竞相研制出了性能优良的喇曼光纤放大器，主要是希望利用喇曼光纤放大器特有的分布式放大、可降低非线性影响、噪声特性好等特点，进一步推动高速、大容量、长距离光纤传输系统的发展。
2 新型泵浦结构的分布式喇曼光纤放大器
传统的分布式喇曼光纤放大器大都采用后向泵浦的方式，与前向以及双向泵浦的方式相比，这种泵浦方式存在等效噪声指数大的缺点，如果同时采用单一方向的泵浦结构就不能同时实现增益与噪声指数的优化。而通过双向泵浦结构及合理的泵浦波长的选择，在1528〜1605nm范围内可以同时实现增益与噪声指数的平坦化。该泵浦结构如图1所示,得到的实验结果如图2所示。
3 用于喇曼光纤放大器的材料和器件进展
目前， 输出功率在350mW的14xxnm泵浦激光器已经商用，此类器件同时带有布拉格光纤光栅稳频器；泵浦偏振合波器件及WDM合波器件正日趋完善，特别是制约分离式喇曼光纤放大器研究进展的增益介质也取得了可喜的突破。
现在出现了一种采用光子晶体光纤技术研制的高非线性光纤，它弥补了通常色散补偿光纤的喇曼增益系数小的问题。这种模场直径更小、喇曼增益系数更大的光子晶体光纤一经开发成功便受到广泛关注，其截面结构如图3所示。这种光子晶体光纤的特点是：光纤纤芯由固体的SiO2组成，模场直径非常小(≤1μm)、非线性系数高；包层中有许多空气孔，这些空气孔主要是用来有效地降低包层的折射率。
4 功能完善、控制灵活的喇曼光纤放大器
国内在喇曼放大器产品的研究开发方面也一直十分火热，一些科研院所和企业单位相继开展了喇曼放大器的研究开发。其中，武汉光迅科技有限责任公司尤为突出：公司在湖北省科技厅、国家“863”计划的支持下，经过一年多的重点攻关，成功开发出系列喇曼光纤放大器用无源光器件(申请了9项专利)，并在2002年率先在国内推出喇曼光纤放大器的第一代产品。目前，经过科研人员的共同努力，又顺利完成了对第一代喇曼光纤放大器的产品升级改进，推出了第二代系列喇曼光纤放大器产品。
1) 多波长喇曼光纤放大器主要特点
●泵浦波长的选择更加灵活、方便
每个模块内可以装6只泵浦激光器，因此可供选择的泵浦波长数可以分别是3、4、5、6；能够根据客户的不同要求给出最佳的泵浦组合方案，从而使泵浦之间的四波混频效应对系统性能的影响降到最低，同时更容易实现喇曼放大器的增益斜率的控制。由于采用的是偏振合波加消偏的合波方式，因此可以方便地实现任意的波长组合，同时也消除了分布式喇曼放大器对偏振敏感的缺陷。
●结构设计更加合理
采用光电分离的设计结构，此结构设计为产品的维护提供了便利。
●功能更加完善
采用创新的光路设计与软件控制，在高背景噪声功率的情况下(ASE噪声功率>-20dBm)能准确检测出信号光的功率，检测范围宽：－40〜10dBm。产品还实现了无光告警、泵浦激光器的自动关断功能。
●产品更加安全、可靠
喇曼放大器的泵浦输出功率非常高，但在光纤线路断开时，喇曼光纤放大器就会自动把泵浦激光器关断，从而保护线路维护人员的安全。产品采用硬件控制的方式，消除了软件控制存在的缺陷，性能更加稳定，响应速度更快。
2) SDH用单波长喇曼光纤放大器
对于单波长的喇曼光纤放大器，即SDH用喇曼光纤放大器的研究，主要是利用了它能够延长传输距离的特点。我们的SDH用喇曼光纤放大器采用全新的光路设计，实现了喇曼放大器的无光告警以及自动关断功能，同时采用优化的泵浦波长大大提高了喇曼转换效率，在总泵浦功率相同的条件下，单波长喇曼光纤放大器的增益比多波长情况下提高了3〜5dB。我们的SDH用喇曼光纤放大器已成功应用于线路损耗大于54dB的超长跨距的2.5Gb/s SDH通信系统中。
3) 混合光纤放大器(Raman+EDFA)
继成功应用于2.5Gb/s的SDH超长距离的通信系统之后，我们的喇曼光纤放大器又成功应用于10Gb/s的SDH系统中。分布式喇曼放大器有两个突出的优点：一是理论上可以放大任意的波长，二是传输光纤本身就是增益介质，信号在光纤中传输的同时得到放大，使得喇曼放大器的等效噪声指数为负。但是，喇曼放大器的增益较低（实际线路中使用时不超过16dB），而EDFA虽然噪声指数上不如喇曼放大器，但是小信号增益可 以超过30dB，因此将喇曼放大器和EDFA结合起来的混合放大器是一种理想的应用形式。
实验中我们采用外调制光发射模块，码型为非归零码(NRZ)，没有加前向纠错(FEC)。发射模块的出光功率为0.3dBm，色散容限(2dB)1600ps/km，中心波长为1550.1nm。接收模块（PIN）的灵敏度为-18dBm，过载点为0dBm，传输光纤为160km G.652光纤。实验装置如图4所示：
160kmG.652光纤的实际损耗为33dB，为了测试系统灵敏度，在两段光纤的中间加上了可调衰减器。
考虑到发射机的色散容限，选择补偿100km的色散补偿模块。
实验结果为：喇曼放大器增益为11dB时，系统灵敏度为-35.5dBm;喇曼放大器增益为16dB时，系统灵敏度为-36.5dBm;喇曼放大器增益为20dB时，系统灵敏度为-37.5dBm。
实验结果表明，将喇曼放大器和EDFA结合而形成的混合放大器将大大提高10Gb/s系统的接收性能。
摘自 光纤通信技术
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