对于多波长泵浦,如果考虑连续波泵浦,并忽略各泵浦波之间的相位差和损耗,那么信号光的光功率增益可以简单地用求和近似得到:G=10lg6iRiPiLeff/Aeff(dB)(3)其中,i表示不同的泵浦光,Pi是频率为Xpi的泵浦光功率;Ri是对应的Raman增益系数。是10个连续波均匀泵浦时的Raman增益谱。泵浦功率均为50mW,光纤等效长度Leff=5km。(a)的泵浦波间隔$fp=0.8THz,(b)的$fp=2.0THz.从图可以看到,$fp较大时,增益谱曲线平坦度较差,但增益带宽可达150nm;$fp较小时,增益谱曲线在较宽波长范围内有较好的平坦度,增益较大,增益带宽可达50nm以上。显然,Raman放大增益谱曲线的平坦程度以及增益带宽与$fp密切相关。
放大增益平坦配置均匀泵浦时,由于光纤有效纤芯面积的非均匀性(近似与波长成正比),使Raman增益曲线总体趋势表现为随波长增大而下降,如所示。在实际光纤通信系统中,不同波长处的各种损耗并不均匀,而且从1300~1700nm几乎整个光纤通信波段内呈降低趋势,但是仍然希望Raman放大器的增益谱是平坦的,因此必须对各泵浦波的频率及功率进行适当配置,以获得理想的增益谱。
且对增益带宽没有影响。但是,当$fp较大时,由泵浦频率间隔过大引起的增益波动并不能通过功率配置得到改善,只能减小泵浦波频率间隔,牺牲适当带宽来获取平坦增益。事实上,为了得到更宽的增益带宽,使用更多的泵浦波即可。
不同光纤的Raman放大增益谱多波长泵浦Raman放大器的增益谱形状不仅与泵浦波的频率间隔和功率配置有关,而且与光纤种类有关。前文的结论是基于G.652光纤得到的,这里就G.653、G.655光纤和LEA-NZ-DFF进行简单分析。
本文的研究参数设定是Leff=5km、$fp=1.0THz,这样能同时表现出增益谱的平坦性和波动性。G.653光纤是色散位移光纤,色散零点在1550nm,而有效面积较小,它的Raman放大增益谱如所示。G.655光纤是非零色散位移光纤,在1550nm处色散约2~3ps/nm.km,有效面积也比较小,Raman放大增益谱如所示。(b)是泵浦功率随泵浦频率的降低而分别以0.5mW、1.0mW和2.0mW递增的平坦增益。
比较、4、5和6,可以看出,在泵浦波个数和频率间隔相同情况下,G.652、G.653、G.655和LEA-NZ-DFF的放大增益带宽相同。因为光纤有效面积的波长特性各不相同,引起这4种光纤的Raman放大增益谱在没有平坦配置时的倾斜程度有所差异,而且平坦配置方案也有区别。