第十章光纖中的非線性效應

內(nèi)容提要■10.1光纖中的非線性轉(zhuǎn)換效率■10.2光纖中的克爾效應■10.3光纖中的自位相調(diào)制和方波自成形■10.4光脈沖在光纖中的壓縮■10.5非線性薛定鍔方程■10.6孤子激光器■10.7受激散射非線性效應§10.1光纖中的非線性轉(zhuǎn)換效率■線性行為

光脈沖在介質(zhì)中傳播時，當光場強度不是太大時，表現(xiàn)出線性行為，這時介質(zhì)的折射率可視為常數(shù)■非線性行為

當光場強度特別大,特別是超短脈耦合到光纖中，峰值功率密度極高，在光纖中具有很長的相互作用長度，并獲得緊湊的波導結(jié)構(gòu)約束，這時非線性轉(zhuǎn)換效率大大提高.

為什么能在光纖中較易得到非線性效應呢？？■光纖中光波場是在二維方向上被局限在光波長量級小的范圍內(nèi)，只要有較小的輸入功率，在光纖中也可獲得較大的功率密度，足以實現(xiàn)非線性相互作用?！龉獠ㄔ诠饫w中可以無衍射的傳輸相當長距離，從而保證有效非線性相互作用所需的相干傳輸距離■光纖中可以利用多模色散來抵消材料色散，這對于那些由于光學各向同性而很難在體介質(zhì)中實現(xiàn)相位匹配的情況，在光纖中有可能實現(xiàn)并獲得非線性作用光纖的非線性特性

我們考慮介質(zhì)中電感應強度D與電場強度E的關系，考慮非線性效應時我們需將極化強度P非線性項考慮進去（10.2.1）（10.2.2）式中分別表示介質(zhì)的一階（線性），二階（非線性），三階（非線性）電極化系數(shù)，等等在光纖中：由于玻璃基單模光纖是中心對稱材料，一般只維持到三階非線性相互作用于是（10.2.3）一.非線性折射率或（10.2.4）（10.2.5）將式（10.2.3）代入式(10.2.1)中，有考慮介質(zhì)中的折射率，依其定義:(10.2.6)通常的折射率系數(shù)非線性折射系數(shù)，一般不隨頻率變化，它是構(gòu)成非線性折射中的光強相關部分，下面要講的克爾效應亦即由它引起光纖中的最低階非線性效應起源與三階電極化率，他是引起諸如三次諧波產(chǎn)生、四波混頻以及非線性折射現(xiàn)象的主要原因。光纖中大部分的非線性效應起源于非線性折射率，而折射率與光強有關的現(xiàn)象是由引起的，即：（10.1.1）線性部分光纖內(nèi)光強而是與有關的非線性折射率系數(shù)：（10.1.2）上式中，Re表示實數(shù)部分，并且假設光場是線偏振的，只有一個分量對折射率有貢獻。

折射率對光強的依賴關系導致了大量有趣的非線性效應：其中研究最廣泛的是自相位調(diào)制（SPM）和交叉相位調(diào)制（XPM）。

SPM指的是光場在光纖內(nèi)傳輸時光場本身引起的相移。

XPM是由不同波長、傳輸方向或偏振態(tài)的脈沖共同傳輸時，一種光場引起的另一種光場的非線性相移。其一個重要特性是對于相同強度的光場,XPM對非線性相移的貢獻是SPM的兩倍。

對于體材料，激光束是通過透鏡聚焦來增加作用區(qū)的光強，聚焦越小，作用光強越強。其中分別是給定高斯光束的光功率和束腰半徑，分別是單位面積上的光功率和相互作用長度。當激光束耦合進光纖時，這里近似是光纖芯的半徑，是光纖長度（10.1.1）（10.1.2）實際情況，考慮損耗，上式中的應該加以修正成有效長度：（10.1.3）（10.1.4）這個增強因子的作用很明顯，例如：一根單模光纖纖芯半徑式2um，損耗是2.5×10（-5）/cm，在可見光譜區(qū)域這根光纖給出的非線性增強因子大于因而原來需要兆瓦量級的功率才能觀測到的非線性現(xiàn)象，現(xiàn)在只要一瓦的功率?。Ρ龋?0.1.1）和（10.1.4）式光纖的吸收系數(shù)光纖的克爾效應的一個應用就是克爾光閘，其工作原理圖如下圖：

在光纖的入射端，泵浦和探測光束都是線偏振光，偏振方向夾角45度。在沒有泵浦光束的情況下，光纖輸出端的正交檢偏器將阻止探測波通過。由于泵浦光引起的雙折射，將使探測波的平行和垂直分量（相對于泵浦波的偏振方向）的折射率發(fā)生稍為不同的變化，在光纖輸出端分量的相位差表現(xiàn)為探測波偏振態(tài)的改變，一部分探測波光強將透過檢偏器。探測波的透射率于泵浦強度有關，并且可通過改變泵浦光強簡易控制。特別僅當一束泵浦波長的脈沖通過光纖才可打開克爾光閘。這種器件也可稱為克爾調(diào)制器，它在需要全光開關的光纖網(wǎng)絡中有潛在的應用。§10.2光纖中的克爾效應光纖中克爾效應，其折射率隨光場強度的變化如下：（10.2.7）圖10.2.1光纖中克爾效應的試驗裝置

在該實驗圖中，線偏振光脈沖通過單模光纖OF產(chǎn)生雙折射，一般光纖的半徑是2.36um，有效作用長度為276cm。輸出信號的偏振方向相對偏振方向成45度，通過偏振器P2輸出信號光強為（10.2.8）（10.2.9）其中這種光克爾開關可以使輸入脈沖500ns的光脈沖變成脈寬小于皮秒的脈沖串泵浦光的振幅

為了觀察克爾效應，實驗上一般用保偏光纖，以保證泵浦波偏振方向不變。線性雙折射產(chǎn)生的常數(shù)相移，可在上圖中的檢偏器

前插入一個四分之一波片補償。但實際上由于溫度和壓力的變化，是漂動的，所以必須連續(xù)的調(diào)節(jié)波片。另一種方法：用兩根相同的保偏光纖連接在一起，使它們的快軸（或慢軸）互成直角，由于在第二段光纖中改變符號，所以線性雙折射產(chǎn)生的凈相移被抵消。

理想情況下，克爾光閘的響應時間僅受非線性響應時間限制，對光纖而言，其值約等于2fs～4fs。而實際上光纖的色散將響應時間限制在約1ps～1ns范圍內(nèi)，這取決于工作參數(shù)。限制克爾光閘的響應時間的另一個因素是光纖的模式雙折射，由于折射率差的存在，探測波的正交偏振分量將以不同的速度傳播，它們之間的相對延遲是。對于的100m光纖，＝17ps；將兩根快軸相互垂直的光纖連接在一起，幾乎可以消除.§10.3光纖中的自位相調(diào)制和方波自成形

一般，我們將光纖模的波矢寫作,為光纖的有效折射率，我們考慮非線性部分的影響，取對光纖截面的平均，得:(10.3.1)而式中：有效折射率得線性部分光纖的有效截面光強度我們先只考慮線性效應，波矢是頻率的函數(shù)，我們假設光纖中沒有損耗，也沒有增益，將波矢在某個中心頻率附近展開：（10.3.2）略去高次項，我們得到群速的倒數(shù)表達式：（10.3.3）式中，是頻率的群速，為頻率的色散常數(shù)，光纖中用到的色散參數(shù)D與的關系是：（10.3.4）該式表明群速色散是線性系統(tǒng)中脈沖展寬的原因現(xiàn)在考慮實際光纖中與光強度相關的非線性效應，方程（10.3.2）改寫成：（10.3.5）我們在這一直沒有考慮光纖中的損耗和增益，所以，等均為實常數(shù)（10.3.6）式（10.3.5）中表示光纖中由于光強相關折射率效應產(chǎn)生的影響，即自相位調(diào)制

光強為的光通過長度為的光纖傳輸后產(chǎn)生的相移是：（10.3.7）脈沖的不同部位對應于不同的相移，此即自相位調(diào)制（SPM）

考慮光纖中有損耗的時候，應采用有效長度代替式（10.3.7）中的頻率調(diào)制:由相移可以得到頻率的改變量,是時間的函數(shù)：（10.3.8）啁啾:頻率調(diào)制再進行求導，可得到表達式（10.3.9）右圖分別是調(diào)制脈沖函數(shù)圖（上），頻率調(diào)制函數(shù)圖（中）啁啾函數(shù)圖（下）圖（10.3.1）自相位調(diào)制，頻率調(diào)制和啁啾如果光纖對于其中心頻率具有正色散特性，即，那么脈沖的前沿和后沿部分將逐漸被壓縮，而中間部分逐漸被展寬。因此，不管原來的波形是什么形狀，最后都會逐漸成方波。其過程如下圖所示：圖（10.3.2）光脈沖在光纖中的自成形其自成形的過程的快慢決定于自位相位移量的大小這種方波自成形應用廣泛也很重要，這樣形成的方波超短光脈沖對于高速率光通信也具有潛在的應用前景。我們對在光纖中傳播一段距離，具有位相調(diào)制的光場進行傅立葉變換（10.3.10）可得到自相位調(diào)制后的光譜分布如下圖：（實驗結(jié)果）圖10.3.3脈沖的強度譜圖由前面的頻率調(diào)制和啁啾表達式可以看出，一個功率極高的CW光場在介質(zhì)中只產(chǎn)生自相位調(diào)制，而不產(chǎn)生頻率調(diào)制；但是一個超短脈沖激光光場在介質(zhì)中都會產(chǎn)生，而且脈沖寬度越窄，這種頻率調(diào)制越顯著§10.4光脈沖在光纖中的壓縮

非線性效應產(chǎn)生的啁啾,是用群速色散來壓縮在光纖中傳輸?shù)拿}沖的物理基礎.比如,考慮高斯型脈沖,我們由前面的相移表達式和頻率調(diào)制表達式可以得到:(10.4.1)(10.4.2)所以,即使是零色散光纖,傳輸脈沖也會因為非線性效應而展寬近代光纖技術可以對光纖中的群速色散進行設計和控制,這樣,我們就可以設計不同的光纖用來壓縮脈沖和形成光孤子.下圖光纖色散圖中a是普通光纖,b是色散移動了的光纖圖10.4.1光纖的色散曲線

正色散這時我們有光脈沖前沿從無到有光脈沖后沿從有到無而前后沿對應著負啁啾，這樣前后沿逐漸被壓縮

中間部分對應著正啁啾，中間部分沿逐漸被展寬這時對應的是方波自成形

負色散這時光脈沖前沿從無到有光脈沖后沿從有到無脈沖前沿低小前沿產(chǎn)生延遲,前沿變慢脈沖后沿高大后沿加速向前趕,光脈沖向中心壓縮。群速隨頻率增加而增加.對于啁啾脈沖,脈沖的前部的頻率低,群速小,后部群速大,這樣,脈沖前部延遲而后部追趕,使得脈沖向中區(qū)壓縮.超前量＝延遲量壓縮作用與產(chǎn)生的擴展相平衡：一階孤子壓縮作用>產(chǎn)生的擴展：高階孤子對于上述產(chǎn)生壓縮和形成光孤子的兩種情況,都存在一定的閾值功率,高于這個功率才能產(chǎn)生明顯的壓縮和形成孤子圖10.4.2非線性壓縮后的脈沖下面我們就上述兩種壓縮方法結(jié)合光纖壓縮的具體的例子來分析(1)光纖-光柵對、光纖壓縮(2)全光纖壓縮利用正群速色散光纖對光柵對的組合可得到波形較好的壓縮脈沖,再經(jīng)過負群速色散掛功能性的壓縮得到很高的壓縮比.其實驗裝置如下:(1)光纖-光柵對、光纖壓縮脈寬為90ps脈寬1.5ps脈寬達33fsD＝5ps/nmkm,負色散D<0,正色散(2)全光纖壓縮啁啾脈沖經(jīng)過正群速色散光纖后將被展寬,但是在光纖后加一個延遲線,也能產(chǎn)生光脈沖壓縮,上一個方法就是附加光柵對.Cotter等提出直接用光纖來得到這個延遲線.K.J.Blow第一次從實驗上獲得了用光纖作色散延遲線得全光纖光脈沖壓縮圖10.4.4全光纖脈沖壓縮實驗裝置圖D<0,>0,正色散D>0,<0,負色散壓縮后脈寬為50ps§10.5非線性薛定鍔方程接上面的分析，我們需要一個定量的理論分析和解釋，而非線性薛定鍔方程(NLS)正是為此目的而來！光纖中傳輸?shù)墓饷}沖的功率可以如下表示：（10.5.1）其中表示的是沿方向即光纖長度的坐標方向傳輸?shù)墓饷}沖的波函數(shù)，為常數(shù)。在中心頻率附近，有：（10.5.2）其中:(10.5.3)這樣,滿足的,能產(chǎn)生的非線性展開式(10.3.2)的波動方程為:(10.5.4)此即非線性薛定鍔方程(NLS方程),我們作一些代換,可以是方程的形式變得簡單些:(10.5.6)上述時間,距離,功率的單位量滿足下面的關系:(10.5.7)做上述變換后,NLS方程簡化為無量綱:(10.5.8)上式右邊第一項對應于群速色散,第二項對應于自相位調(diào)制,它由產(chǎn)生.我們先簡單考慮有損耗和增益的情況,再著重討論沒有損耗和增益的情況有增益和損耗時:方程(10.5.8)右邊需增加一項這是無量綱NLS方程變?yōu)?(10.5.9)其中,代表能量的變化,有增益時取正號,有損耗時取負號這種雙曲正割的脈沖,它的脈寬由得:下面討論無增益,無損耗的情況:式(10.5.8)一個著名的基本孤子解是:(10.5.10)(10.5.11)聯(lián)立式前面的(10.3.4)和(10.5.6)及(10.5.11),我們得到:(10.5.12)此時,脈沖峰值功率為(10.5.13)于是得到:(10.5.14)就是產(chǎn)生脈沖壓縮的閾值對于正割型輸入(10.5.15)N是孤子的階數(shù)對于N=2,有解析解(10.5.16)對于N=1的一階孤子,是不隨距離Z變化的;對于N=2的光孤子,是隨Z周期變化,其周期為:(10.5.17)高階孤子的階數(shù)可以由下式來估算(10.5.18)下圖是理論計算的N=2,3的孤子在光纖中傳播的情況.二階孤子的第一個窄峰出現(xiàn)在1/2周期處,三階孤子的第一個窄峰出現(xiàn)在1/4周期處,圖10.5.1理論計算的N=2,3的孤子在光纖中傳播.§10.6孤子激光器

孤子激光器(有別于鎖模激光器):是更為可靠的，比較簡單的產(chǎn)生脈寬可控、形狀確定的光脈沖的方法。工作原理如圖示：光源：色心激光器，用連續(xù)鎖模Nd:YAG激光器同步泵浦鎖模色心晶體X.M1,M2,M3:全反射鏡；M0：略有透射，用作耦合和輸出。此設備的工作原理是：通過選擇光纖長度和調(diào)整反射鏡M0的位置，使光在光纖臂的往復光程為色心激光腔的往復光程的整數(shù)倍，使得光纖返回的脈沖與主腔振蕩脈沖重合。

M3使原來對激光器工作無關的光纖，變?yōu)榧す馄鞣答伝芈返囊徊糠郑瑥亩刂?、確定激光器的輸出波形。激光脈沖經(jīng)光纖壓縮后反饋回激光腔產(chǎn)生受激放大，再經(jīng)過壓縮、反饋，直至形成孤子。孤子周期得(10.6.1）這說明在高階孤子運轉(zhuǎn)的情況下，輸出脈沖完全由光纖性質(zhì)和長度決定。孤子激光器的輸出脈寬對于一階孤子，脈寬與孤子周期無關：(10.6.2）與光纖壓縮脈沖形成孤子相較，孤子激光器的明顯優(yōu)點是輸出準確的型脈沖，不存在脈座。

光纖喇曼孤子激光器(FRASL)是另一種孤子激光器。它產(chǎn)生的孤子是泵浦光在光纖中產(chǎn)生受激喇曼散射時線性過程及非線性過程對喇曼散射光共同作用的結(jié)果。其增益來自分布的受激喇曼散射，不同于由色心激光器集中供給增益的情況。§10.7受激散射非線性效應一受激喇曼散射受激喇曼散射:是介質(zhì)在強大的電磁場作用下所呈現(xiàn)的非線性效應。產(chǎn)生新的頻率或引起輸入頻率的遷移,并誘發(fā)出介質(zhì)的散射作用.

喇曼散射:是分子振動所引起的光調(diào)制，使入射光頻分離，從而在散射光譜中出現(xiàn)上下邊帶。上邊帶稱反斯托克斯線(其頻率高于激勵頻率),下邊帶稱斯托克斯線.

量子效應使某一入射光子可能發(fā)生散射，產(chǎn)生出一個聲子和“斯托克斯”光子，從而形成散射光譜的上下邊帶。

SRS是一個很重要的非線性過程。有益：寬帶拉曼光纖放大器、可調(diào)諧拉曼激光器；有害：

DWDM系統(tǒng)中信道間能量轉(zhuǎn)移，嚴重限制系統(tǒng)性能。受激喇曼散射的基本理論

光纖中兩個重要的非線性效應屬于受激非彈性散射，它們都和石英的振動激發(fā)態(tài)有關,這就是眾所周知的受激拉曼散射（SRS）和受激布里淵散射（SBS）。二者的主要區(qū)別是：在SRS中參與的是光學聲子，而在SBS中參與的是聲學聲子。

SRS和SBS的一個重要特征是，它們都表現(xiàn)出類似的閾值的行為。例如，只有當泵浦光強超過一定的閾值時，才發(fā)生從泵浦能量向斯托克斯能量的有效轉(zhuǎn)移。對SRS，在其泵浦強度閾值為

對SBS，其泵浦強度閾值為：連續(xù)波泵浦，泵浦波和斯托克斯波互作用方程：1.喇曼增益和閾值gR為拉曼增益系數(shù)（與自發(fā)輻射截面有關），可用實驗測量，也可量子力學方法計算（拉曼極化率虛部）

、分別為泵浦光光強、斯托克斯光強，為光纖損耗由于泵浦光、斯托克斯光的頻率非常接近，假定

。如果忽略光纖損耗，式（10.7.1）和（10.7.2）為

說明在SRS過程中，泵浦和斯托克斯光束中的光子總數(shù)不變。

（10.7.3）（10.7.4）（10.7.5）為了解SRS閾值情況，忽略式（10.7.2）中的泵浦損耗，僅考慮光纖損耗。（10.7.6）將上式代入（10.7.1）得到（10.7.7）積分（10.7.8）

用（10.7.8）式需知，實際上SRS是整個光纖長度上的自發(fā)拉曼散射建立起來的，Smith指出它等價于在入射端每個模式中注入一個假想光子，可以按（10.7.8）式考慮每個能量為hw頻率分量的放大，并在整個拉曼增益范圍內(nèi)積分（10.7.8）（10.7.9）

式中假設光纖中僅容納一個模式，從實驗測得，用最速下降法近似，僅算附近的一個很窄的區(qū)域

z=0時，有效注入功率（10.7.10）（10.7.11）SRS閾值:為在光纖長度L處，信號波和泵浦波功率相等時的注入泵浦功率。z=0時，有效注入功率有效帶寬（縱模數(shù)）因為式中（10.7.12）由于得到假設SRS譜為洛侖茲型，SRS域值（10.7.13）（10.7.14）（10.7.15）討論(上）：

1．以上為同向SRS閾值條件，反向SRS，16因子用20替代。因此光纖中一般觀測不到反向SRS。

2．（10.7.16）式是在泵浦波和斯托克斯偏振態(tài)一致情況下導出，如果不能保持偏振，的因子取1－2。

3．測不到反向SRS，不等于反向傳輸信號無放大。

SRS閾值（10.7.16）討論（下）：

4．雖然有許多近似，仍可用其估算SRS域值。當

5．上述理論忽略了泵浦消耗，實際上一旦達到SRS域值，泵浦功率迅速向斯托克斯波轉(zhuǎn)移，當斯托克斯波功率變得很大時，會激發(fā)第二斯托克斯波，……最終多級斯托克斯波產(chǎn)生產(chǎn)生斯托克斯波級次多少取決于泵浦功率。時，，，，，，。

光脈沖泵浦時以上討論的SRS連續(xù)波理論需要修改。由于受激布里淵散射（SBS）閾值比受激喇曼散射（SRS）低兩個數(shù)量級，因此首先產(chǎn)生SBS效應，抑制SRS效應。當泵浦脈沖<10ns時，SBS域值增高，這時可出現(xiàn)SRS。因為SRS譜很寬，說明SRS響應很快。2受激喇曼散射的應用

將脈寬1－100ns的準連續(xù)激光注入光纖很容易觀測到SRS現(xiàn)象，這也叫做單通受激喇曼產(chǎn)生；如果將光纖置于諧振腔中，就可以制成喇曼光纖激光器，由于喇曼增益帶寬很寬，在喇曼激光器腔內(nèi)，放入選頻元件，喇曼光纖激光器可以在很寬的范圍進行波長調(diào)諧。由于SRS有多級斯托克斯波，我們可以用級聯(lián)喇曼光纖激光器拓展激光波段；由于SRS閾值高，需要幾百mw的泵浦光功率，當時難以實現(xiàn)。直到近幾年，1480nm波段的大功率LD的研制成功和包層泵浦技術的發(fā)展以及超大容量DWDM光纖通信系統(tǒng)的需要，各種分立式和分布式喇曼光纖放大器如雨后春筍般誕生。

a.單通喇曼產(chǎn)生在1981年，石英光纖中SRS的首次實驗證明是在可見光區(qū)域進行的，泵源是倍頻調(diào)Q固體激光器（532nm），石英單模光纖芯徑4m,長9m，在545nm處產(chǎn)生喇曼輻射，需要75W泵光；用1.06m的Nd:YAG150ns泵浦在1.12m處觀測到一級斯托克斯線,當泵浦功率提高后，一級斯托克斯線增強，可激發(fā)二級一級斯托克斯線，當泵浦功率1KW時5條斯托克斯線清晰可辨

b.喇曼光纖激光器

光纖中的SRS現(xiàn)象的一個重要應用是喇曼光纖激光器。與單通SRS相比，喇曼光纖激光器閾值低，而且可在很寬的頻率范圍內(nèi)（約10THz）調(diào)諧。可調(diào)諧喇曼光纖激光器示意圖值得提出的是1、喇曼光纖激光器的增益介質(zhì)就是普通的單模纖2、如果僅僅是制作一個喇曼光纖激光器，對泵浦波長沒有選擇性，即功率足夠大的、任何波長的泵浦光都可以產(chǎn)生喇曼激光。3、只要泵浦功率足夠大，可以選擇選頻元件（棱鏡、光柵、光纖光柵、雙折射濾光片等）使任何一級斯托克斯線，產(chǎn)生喇曼激光或者幾級同時振蕩。4、喇曼頻移僅僅與喇曼增益光纖的基質(zhì)和摻雜有關。

喇曼光纖激光器的閾值對應于往返一周斯托克斯線的放大足以平衡腔內(nèi)損耗時的泵浦功率，腔內(nèi)損耗主要是腔鏡損耗、光纖兩端的耦合損耗，如果腔內(nèi)損耗10dB，則喇曼激光器閾值條件為單通閾值喇曼光纖激光器閾值比單通喇曼閾值減少一個數(shù)量級（10.7.17）

光纖拉曼放大器的原理是受激拉曼散射（SRS）。當足夠強的短波長泵浦光以一定強度與信號光同時進入光纖后，信號在光纖中被放大。泵浦光子的能量產(chǎn)生了一個與信號光同頻的光子和一個聲子（vibrationenergy）如圖所示：c.喇曼光纖放大器

信號光泵浦光光纖一個弱信號和一個泵浦波在光纖中同方向傳輸（或者反方向傳輸），信號波長在泵浦波喇曼增益帶寬內(nèi)，該弱信號將被放大，這種放大的物理機制是SRS，稱該裝置為喇曼光纖放大器。光纖拉曼放大器有三個突出的特點：

1.增益波長由泵浦光波長決定，只要泵浦源的

波長適當，理論上可得到任意波長的信號放大；

2.增益介質(zhì)為傳輸光纖本身；

3.噪聲指數(shù)低。

光纖通信的三個波段：S波段（1450nm－1530nm）C波段（1530nm－1560nm）L波段（1570nm－1610nm）

分立式光纖喇曼放大器適用波段1.3

m分立式拉曼放大器

S波段分立式拉曼放大器

1625nm-1675nm波段分立式拉曼放大器傳統(tǒng)的EDFA的增益帶寬遠遠不夠,因此拉曼放大器可放大任意波長的特點受到了廣泛的關注因為光纖是喇曼增益介質(zhì)，所以1、光纖拉曼放大器（RFA）可以放大EDFA所不能放大的波段，使用多個泵源還可得到比EDFA寬得多的增益帶寬（后者由于能級躍遷機制所限，增益帶寬只有80nm），因此，對于開發(fā)光纖的整個低損耗區(qū)1270nm-1670nm具有無可替代的作用。2、光纖拉曼放大器可以對光信號進行在線放大，構(gòu)成分布式放大，實現(xiàn)長距離的無中繼傳輸和遠程泵浦，尤其適用于海底光纜通信等不方便設立中繼器的場合。而且因為放大是沿光纖分布而不是集中作用，光纖中各處的信號光功率都比較小，從而可降低非線性效應尤其是四波混頻（FWM）效應的干擾。3、RFA與常規(guī)EDFA混合使用時可大大降低系統(tǒng)的噪聲指數(shù)，增加傳輸跨距。Ⅳ、分布式拉曼放大器獨立多波長泵浦寬帶拉曼放大器

EDFA/Raman混合放大器色散補償拉曼放大器

獨立多波長寬帶拉曼放大器利用多波長泵浦可以得到超寬帶的拉曼增益，M.Stephens等人采用1423nm,1455nm,1480nm三個波長后向泵浦，其增益帶寬覆蓋了S,C,L三個波段，總帶寬達到114nm。受激布里淵散射：為抽運波、斯托克斯波和聲波之間的參量相互作用。常溫下，光纖介質(zhì)中由于大量質(zhì)點的統(tǒng)計熱運動，將產(chǎn)生頻率為的非常微弱的自發(fā)彈性超聲波。若將角頻率為的激光入射到光纖中，光波電矢量引起介質(zhì)的電致伸縮，使介質(zhì)中的自發(fā)超聲波得到雪崩式的相干放大，即產(chǎn)生很強的感應聲波，引起光纖介質(zhì)折射率的周期性調(diào)制，起到了“折射率衍射光柵”的作用。當光波通過“折射率衍射光柵”時，產(chǎn)生布拉格衍射散射光。二受激布里淵散射

受激布里淵散射（SBS）(1964年)SBS是通過相對于入射泵浦波頻率下降的斯托克斯波的產(chǎn)生來表現(xiàn)的，頻移量由非線性介質(zhì)決定。SBS的閾值泵浦功率與泵浦波的脈寬有關，對CW泵浦或是相對較寬的脈沖（）泵浦，其閾值可低至1mW，而對脈寬<10ns的脈沖泵浦，SBS幾乎不會發(fā)生。由于布里淵閾值很低，因而使SBS成為了光纖中的一種主要的非線性過程。1受激布里淵散射的理論有益：光纖布里淵激光器、光纖布里淵放大器、

SBSQ開關光纖激光器有害：域值低，易實現(xiàn)，在光纖通信系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲，降低系統(tǒng)性能。SBS

后向斯托克斯波

頻移GHz 泵浦脈寬>1ms，域值<1mW泵浦脈寬<10ns，不產(chǎn)生SBSSRS 前后（主要是前）向頻移THz 域值高，但CW和脈沖泵浦都產(chǎn)生SRS效應 SBS與SRS比較a.布里淵增益

類似SRS的情形，斯托克斯波的形成由布里淵增益系數(shù)來描述，處對應的峰值。布里淵增益頻譜譜寬很窄，約10MHz，譜寬與聲波的阻尼時間或是聲子的壽命有關。若假定聲波是以衰減的，則布里淵增益具有洛倫茲頻譜輪廓：式中是頻譜班機打出的全寬度，它與聲子壽命的關系為，在處布里淵增益系數(shù)峰值為式中P12為縱向彈光系數(shù)，為材料密度，為泵浦波長。（10.7.22）（10.7.21）b.布里淵閾值光纖中SBS的形成需要考慮泵浦波和斯托克斯波之間的相互作用，在穩(wěn)態(tài)條件下（適用于連續(xù)或準連續(xù)泵浦），泵浦光波與布里淵散射斯托克斯光波的相互作用可用下列耦合方程表示：

、分別為泵浦光光強、斯托克斯光強，為光纖損耗由于泵浦光、斯托克斯光的頻率非常接近，我們假定

）。（10.7.24）（1