我们看看拉曼发现的拉曼散射到底是怎么回事?
拉曼散射说简单一点就是光照射在样本表面,发生非弹性碰撞,光子与组成样本的分子(或其他形式)发生了能量交换。
(如果发生了弹性碰撞,就是瑞利散射,没有能量交换,这也是为什么瑞利说海水的蓝是反射天空的蓝色)
正如上面说的,发生了能量交换,无非有吸收和被吸收两种。
入射光子被样本分子吸收了能量,频率就会小于入射光频率,这样的的光子称为斯托克斯光子;
入射光子吸收了样本分子的能量,频率就会大于入射光频率,称之为反斯托克斯光子。
从上面可以看得出,斯托克斯和反斯托克斯的光能量都比较小。
看到这,做波分的朋友们可能心中就有想法了,既然频率可以发生转移,那么我们是不是就可以利用这一特性来给特定频率的光增加能量?
是的,本次的主题,拉曼放大器就是这么来的。
可惜拉曼爷爷没有这么幸运,他发现了拉曼效应这种高级武功,可惜好多年也没有人练成,直到在他74岁的时候。。。也就是1962年的时候,这种散射现象才被Woodburry和Ng在实验室中观测到。
拉曼放大器就是利用受激拉曼散射效应(Stimulated Raman Scattering),通过将强泵浦光和较弱的信号光同时在一根光纤中传输,强泵浦光与光纤发生振荡散射,然后以较长频率的光发射出去,而这个频率的光就是我们弱信号光的频率。
下面聊聊几个问题。
(一)是不是所有的入射信号光都能被放大呢?
针对特定频率的泵浦光,在光纤介质中,需要信号光与泵浦光满足峰值增益频偏13.2THz差,也就是上面图中大约100nm的频谱偏移,信号光正好处于这个增益谱宽内就可以了。
(二)能不能所有入射信号光都可以被放大?
增益谱宽所在的范围是与泵浦光频率相关的话,只要有合适的多个泵浦光频率,那么我们就能实现所需信号光的增益放大。
(三)泵浦光、增益和光纤长度的关系?
当泵浦光功率很小的时候,拉曼增益是很大,但随着光纤距离增加,衰减的也快!因此拉曼放大器的泵浦光的功率都很高。所以千万不要用眼睛直视。至于增益与光纤长度的关系则成一个非线性的关系,还是直接上图吧,比较直观。
所以,拉曼放大器的增益一般都比较小,最高也就15dB左右,虽然增益是不高,但是它的ASE自发辐射的噪声也小啊!因此我们通常会用EDFA掺铒光纤放大器(高增益高噪声)来配合拉曼放大器使用。
总结一下吧:
拉曼放大器的增益范围由泵浦光的频率决定;
只要有合适的泵浦光,可以实现所需信号光的增益,增益范围非常广;
增益放大的能力比较弱,但产生的噪声也比较小。
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