拉曼增益
受激拉曼散射产生光学增益
拉曼增益(Raman gain)是指由受激拉曼散射产生光学增益。
背景
拉曼光纤放大器由于具有全波段放大、低噪声、可以抑制非线性效应和能进行色散补偿等优点引起人们广泛关注,现已逐步走向商用。拉曼光纤放大器主要用做分布式放大器,辅助EDFA 在未来进行信号放大,也可以单独使用,放大EDFA不能放大的波段,同时克服了EDFA级联噪声大及放大带宽有限等缺点。拉曼放大器在长距离骨干网和海底光缆中的市场地位已得到承认;在城域网中,拉曼光纤放大器也有其利用价值。通信波段扩展和密集波分复用技术的运用用,给拉曼光纤放大器带来了广阔的应用前景。
详解
拉曼增益是由受激拉曼散射产生光学增益。当具有高光强的泵浦光入射时,不论在透明固体介质(如光纤)还是在液体或气体介质中都有可能发生。利用这个可以用来制作拉曼放大器和拉曼激光器
增益的大小依赖于泵浦光和信号光之间的频率偏移,泵浦的波长以及材料的性质。和稀土掺杂增益介质相比,拉曼增益需要更高的泵浦强度和更长的相互作用距离,并且具有不一样的饱和特性和依赖于泵浦光的波长的增益谱。
数学表达
受激拉曼散射导致的的窄带泵浦波和斯托克斯位移波(具有较低的光学频率)之间的相互作用可以通过以下方程来描述:
其中 和 是光强(以W/m的单位), 和 的两个光的频率, 是拉曼增益系数(对于石英光纤为10m/ W的量级)。这两个光束假定是完全重叠并且在z方向上传播的。当然,其他方面的影响也需要根据情况被被添加到等式中,如自发拉曼散射和线性传播损耗。
该方程表明,斯托克斯波经历了增益系数为 的放大,而泵浦光失去了更多的能量。这是因为,一个泵浦光子被转换成一个斯托克斯光子(低能量)和一个声子。声子能量对应于光子能量的差异。这个丢失的光能量被转换成热能。
拉曼增益系数主要取决于在光频率的差,但也受到泵浦波长和偏振方向的影响。图1示出了石英的拉曼增益对于频率差的函数,假设两个光束的具有相同的线性偏振。当频率偏移为13.2THz时拉曼增益具有最大值。例如,一个波长为1064nm的泵浦光会在1116nm处具有最大的拉曼增益。在拉曼光谱中的峰对应于石英材料本身的某些振动模式。
参考资料
最新修订时间:2024-06-06 11:57
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