拉曼放大器的由來(lái)

我們看看拉曼發(fā)現(xiàn)的拉曼散射到底是怎么回事？

拉曼散射說(shuō)簡(jiǎn)單一點(diǎn)就是光照射在樣本表面，發(fā)生非彈性碰撞，光子與組成樣本的分子（或其他形式）發(fā)生了能量交換。

（如果發(fā)生了彈性碰撞，就是瑞利散射，沒(méi)有能量交換，這也是為什么瑞利說(shuō)海水的藍(lán)是反射天空的藍(lán)色）

正如上面說(shuō)的，發(fā)生了能量交換，無(wú)非有吸收和被吸收兩種。

入射光子被樣本分子吸收了能量，頻率就會(huì)小于入射光頻率，這樣的的光子稱為斯托克斯光子；

入射光子吸收了樣本分子的能量，頻率就會(huì)大于入射光頻率，稱之為反斯托克斯光子。

從上面可以看得出，斯托克斯和反斯托克斯的光能量都比較小。

看到這，做波分的朋友們可能心中就有想法了，既然頻率可以發(fā)生轉(zhuǎn)移，那么我們是不是就可以利用這一特性來(lái)給特定頻率的光增加能量？

是的，本次的主題，拉曼放大器就是這么來(lái)的。

可惜拉曼爺爺沒(méi)有這么幸運(yùn)，他發(fā)現(xiàn)了拉曼效應(yīng)這種高級(jí)武功，可惜好多年也沒(méi)有人練成，直到在他74歲的時(shí)候。。。也就是1962年的時(shí)候，這種散射現(xiàn)象才被Woodburry和Ng在實(shí)驗(yàn)室中觀測(cè)到。

拉曼放大器就是利用受激拉曼散射效應(yīng)（Stimulated Raman Scattering），通過(guò)將強(qiáng)泵浦光和較弱的信號(hào)光同時(shí)在一根光纖中傳輸，強(qiáng)泵浦光與光纖發(fā)生振蕩散射，然后以較長(zhǎng)頻率的光發(fā)射出去，而這個(gè)頻率的光就是我們?nèi)跣盘?hào)光的頻率。

下面聊聊幾個(gè)問(wèn)題。

（一）是不是所有的入射信號(hào)光都能被放大呢？

針對(duì)特定頻率的泵浦光，在光纖介質(zhì)中，需要信號(hào)光與泵浦光滿足峰值增益頻偏13.2THz差，也就是上面圖中大約100nm的頻譜偏移，信號(hào)光正好處于這個(gè)增益譜寬內(nèi)就可以了。

（二）能不能所有入射信號(hào)光都可以被放大？

增益譜寬所在的范圍是與泵浦光頻率相關(guān)的話，只要有合適的多個(gè)泵浦光頻率，那么我們就能實(shí)現(xiàn)所需信號(hào)光的增益放大。

（三）泵浦光、增益和光纖長(zhǎng)度的關(guān)系？

當(dāng)泵浦光功率很小的時(shí)候，拉曼增益是很大，但隨著光纖距離增加，衰減的也快！因此拉曼放大器的泵浦光的功率都很高。所以千萬(wàn)不要用眼睛直視。至于增益與光纖長(zhǎng)度的關(guān)系則成一個(gè)非線性的關(guān)系，還是直接上圖吧，比較直觀。

所以，拉曼放大器的增益一般都比較小，最高也就15dB左右，雖然增益是不高，但是它的ASE自發(fā)輻射的噪聲也小?。∫虼宋覀兺ǔ?huì)用EDFA摻鉺光纖放大器（高增益高噪聲）來(lái)配合拉曼放大器使用。

總結(jié)一下吧：

拉曼放大器的增益范圍由泵浦光的頻率決定；

只要有合適的泵浦光，可以實(shí)現(xiàn)所需信號(hào)光的增益，增益范圍非常廣；

增益放大的能力比較弱，但產(chǎn)生的噪聲也比較小。