Рамановский усилитель (статья)

Рис.1 Принцип работы рамановского усилителя

Рис.2 Схема Рамановского усилителя

Принцип работы Рамановского усилителя (рис. 1) заключается в том, что в результате Рамановского рассеяния фотоны излучения накачки не только изменяют свою траекторию, но и отдают часть своей энергии микрочастице (молекуле, атому) волокна. При этом рождается новый фотон, частота которого сдвинута в область более низких частот (стоксова волна излучения), а микрочастица волокна переходит на более высокий уровень энергии, т.е. становится возбужденной. Соответственно становится возможным усиление полезного оптического сигнала за счет процессов вынужденного испускания.
Типовая схема устройства Рамановского усилителя показана на рис. 2.
Явление Рамановского рассеяния носит пороговый характер и наблюдается при мощностях накачки порядка 1 Вт.

Классификация Рамановских усилителей

Рамановские усилители могут быть распределенными или выполняться в виде дискретных устройств. Дискретный Рамановский усилитель – устройство, усиливающие оптические сигналы, в котором применяется оптическое волокно с эффектом Рамана, и все физические составляющие расположены внутри устройства. Распределенные усилители характеризуются тем, что эффект усиления сигнала в них достигается путем использования определенных участков или всего оптического волокна, применяемого для передачи.
Распределенные Рамановские усилители можно разделить на три подкатегории:

• Рамановский усилитель с прямой накачкой – энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в одном направлении.
• Рамановский усилитель с обратной накачкой – энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в противоположных направлениях.
• Рамановский усилитель с накачкой в двусторонней накачкой – энергия накачки распространяется по волокну передачи в обе стороны. В этом случае часть энергии накачки распро страняется в одном направлении с передаваемым сигналом, а часть – в направлении, противоположном направлению сигнала, передаваемого средствами связи.

Все устройства с Рамановским усилением можно классифицировать следующим образом:

• Рамановские усилители с прямой накачкой
• Рамановские усилители с обратной накачкой
• Рамановские усилители с двусторонней накачкой
• дискретные Рамановские усилители (включая композитные дискретные Рамановские усилители и усилители на основе эрбия)
• композитные Рамановские усилители с прямой накачкой и дискретные усилители
• композитные Рамановские усилители с обратной накачкой и дискретные усилители
• композитные Рамановские усилители с двусторонней накачкой и дискретные усилители

Основные параметры Рамановских усилителей

К параметрам мощности оптического сигнала относятся:

• эквивалентная входная мощность
• стабильность выхода при большом сигнале
• выходная мощность насыщения (коэффициент сжатия мощности)
• номинальная мощность выходного сигнала
• максимальная общая выходная мощность
• диапазон входной мощности
• диапазон выходной мощности

К параметрам усиления относятся:

• Рамановский коэффициент усиления включено/выключено
• общий коэффициент усиления
• общий коэффициент усиления канала
• общий коэффициент усиления слабого сигнала
• общий коэффициент усиления слабого сигнала в обратном направлении
• максимальный общий коэффициент усиления слабого сигнала
• максимальный общий коэффициент усиления слабого сигнала на данной длине волны
• температурные колебания максимального общего коэффициента усиления слабого сигнала
• общий коэффициент усиления слабого сигнала в данном диапазоне длин волн
• стабильность общего коэффициента усиления слабого сигнала

К параметрам усиления спектра относятся:

• средний наклон огибающей спектра коэффициента усиления многоканального сигнала
• мощность в полосе заданной длины волны
• отклонения общего многоканального усиления
• перекрестное насыщение общего коэффициента усиления
• разность изменения общего многоканального усиления
• наклон общего многоканального усиления

К параметрам шума относятся:

• многодиапазонный интерфейс
• дифференциальная относительная интенсивность шума оптического сигнала
• эффективный коэффициент шума
• эффективный коэффициент шума канала
• уровень мощности спонтанного излучения в прямом направлении усиления
• уровень мощности спонтанного излучения в обратном направлении
• эффективный коэффициент шума
• коэффициент шума при спонтанном сигнале
• полоса пропускания при спонтанном сигнале
• полоса пропускания мощности спонтанного излучения

К параметрам мощности накачки относятся:

• минимальная мощность накачки
• максимальная мощность накачки
• относительная интенсивность шума лазера накачки
• утечка накачки к выходу
• утечка накачки ко входу

К параметрам, зависящим от поляризации, относятся:

• степень поляризации лазера накачки
• усиление, зависящее от поляризации
• дисперсия моды поляризации
• отклик усиления (в устойчивом состоянии) на введение/удаление канала
• отклик переходной характеристики усиления на введение/удаление канала
• время переходной характеристики при введении/удалении канала

К параметрам отражения относятся:

• входное отражение
• выходное отражение
• максимально допустимое отражение на входе
• максимально допустимое отражение на выходе
• максимально допустимое отражение на входе и выходе

К параметрам вносимых потерь относятся:

• потери, вносимые вне полосы
• потери, вносимые вне полосы в обратном направлении
• потери, вносимые в полосе
• максимальная потребляемая мощность
• рабочая температура
• оптические соединения
• расположение каналов

Обозначение рамановских оптических усилителей

С целью идентификации на схемах Рамановские оптические усилители маркируются особым образом. Кодирование охватывает все разновидности оптических волоконных усилителей. Первый символ в маркировке – заглавная литера "С" – обозначает, что устройство является оптическим волоконным усилителем. Второй символ – числовой код – определяет тип усилителя.

Число	Тип усилителя
1	дискретные усилители (например, вторичные усилители и/или бустерные усилители)
2	дискретные предварительные усилители
3	дискретные линейные усилители
4	дискретный передатчик с оптическим усилением
5	дискретный приемник с оптическим усилением
6	распределенные Рамановские усилители
7	композитные распределенные и дискретные усилители

Третий символ – строчное буквенное обозначение – определяет применение этого устройства.

Символ	Назначение
a	усилители для передачи аналогового канала на одной длине волны
b	усилители для передачи цифрового канала на одной длине волны
c	усилители для цифровой передачи многоканального сигнала

Четвертый символ – строчное буквенное обозначение – определяется типом накачки усилителя.

Символ	Тип накачки
f	с накачкой вперед
r	с накачкой назад
b	с двусторонней накачкой

О названии

21 февраля 1928 г. Ландсберг и Мандельштам обнаружили эффект комбинационного рассеяния света (они зарегистрировали новые линии спектра, возникшие в результате модуляции рассеянного света колебаниями атомов кристаллической решетки в оптическом диапазоне частот). О своем открытии они сообщили на коллоквиуме от 27 апреля 1928 г. и опубликовали соответствующие научные результаты в советском и двух немецких журналах. Индийский ученый Ч. В. Раман обнаружил новые линии спектра в исследуемом им излучении 28 февраля 1928 года, т. е. на неделю позже, чем Ландсберг и Мандельштам. Однако, индийские физики опубликовали 16 работ по поведению света в жидкостях и парах на момент выхода публикации Ландсберга и Мандельштама по комбинационному рассеянию света в кристаллах. Несмотря на то, что советские физики проводили свои исследования по рассеянию света с 1918 г и абсолютно независимо от Рамана, Нобелевская премия по физике 1930 года была присуждена лишь Раману «за его работы по рассеянию света и за открытие эффекта, названного по его имени». С тех пор комбинационное рассеяние света в иностранной литературе носит название «эффект Рамана» (Raman effect) или «Рамановское рассеяние» (Raman scattering) и, следовательно, усилитель, использующий в своей основе данное физическое явление, называется Рамановским.
В русскоязычной научной литературе, вслед за классиками молекулярного рассеяния света Ландсбергом, Мандельштамом, Фабелинским и многими другими советскими учеными, данное явление традиционно называется «комбинационным рассеянием света», а усилители, следовательно, называются «ВКР-усилителями» (ВКР — вынужденное комбинационное рассеяние). И несмотря на то, что термин «комбинационное рассеяние» употребляется только русскоязычными учеными и в русскоязычных учебниках, такое положение вряд ли изменится, поскольку сопротивление несправедливому решению нобелевского комитета от 1930 года до сих пор весьма велико.

Источники

{{

1. if: {{#if: http://www.itu.int/rec/T-REC-G.665-200501-I/en | {{#if: ITU-T Recomendation G.665 : Generic characteristics of Raman amplifiers and Raman amplified subsystems |1}}}}

 ||Ошибка вызова Шаблон:cite web: Параметры url и title должны присутствовать

}}{{#if:

 | {{#if: 
   | [[{{{authorlink}}}|{{#if: 
     | {{{last}}}{{#if:  | , {{{first}}} }}
     | {{{author}}}
   }}]]
   | {{#if: 
     | {{{last}}}{{#if:  | , {{{first}}} }}
     | {{{author}}}
   }}
 }}

}}{{#if:

 | {{#if: | ; {{{coauthors}}}}}

{{#if:

 |  ()}}

}}{{#if: http://www.itu.int/rec/T-REC-G.665-200501-I/en | {{#if: ITU-T Recomendation G.665 : Generic characteristics of Raman amplifiers and Raman amplified subsystems

   |  ITU-T Recomendation G.665 : Generic characteristics of Raman amplifiers and Raman amplified subsystems{{#if:  |{{ref-{{{lang}}}}}}} }}

}}{{#if:

 |  ()

}}{{#if:

 |  {{{work}}}

}}{{#if:

 | . {{{publisher}}}{{#if: 
   | 
   | {{#if:  | ({{{datepublished}}})| }}}}.

}}{{#if: | — {{{description}}}.}}{{#if: 20 августа 2012

 |  Проверено  20 августа 2012{{#if:  |  {{{accessyear}}} }} г.}}

{{#if: Песков С.Н., Барг А.И., Колпаков И.А. | Песков С.Н., Барг А.И., Колпаков И.А. }}{{#if: http://www.telesputnik.ru/archive/120/article/62.html

 | Нелинейные искажения в волоконно-оптических кабелях 
 | Нелинейные искажения в волоконно-оптических кабелях 

}}{{#if:

 |  = {{{оригинал}}}

}}{{#if:

 |  // {{{автор издания}}} Теле-Спутник
 | {{#if: Теле-Спутник
   |  // Теле-Спутник

}}}}{{#if:

 |  : {{{тип}}}.
 | .

}}{{#switch: {{ #if: | 1 }}{{ #if: | 2 }}{{ #if: 2005 | 3 }} | 123 = — {{{место}}}: {{{издательство}}}, 2005. | 12 = — {{{место}}}: {{{издательство}}}. | 13 = — {{{место}}}: 2005. | 23 = — {{{издательство}}}, 2005. | 1 = — {{{место}}} | 2 = — {{{издательство}}}. | 3 = — 2005. }}{{#if:

 |  — В. {{{выпуск}}}.

}}{{#if:

 |  — Т. {{{том}}}.

}}{{#if: 10 (120)

 |  — № 10 (120).

}}{{#if: 62-67

 |  — С. 62-67.

}}{{#if:

 |  — ISBN {{{isbn}}}.

}}{{#if:

|

Этот шаблон использует устаревший параметр «название». Пожалуйста, отредактируйте эту статью, заменив «название» на «заглавие».

}}{{#if:

|

Этот шаблон использует устаревший параметр «город». Пожалуйста, отредактируйте эту статью, заменив «город» на «место».

}}

{{#if: Каток В., Ковтун А., Однорог П., Руденко И. | Каток В., Ковтун А., Однорог П., Руденко И. }}{{#if: http://www.seti-ua.com/?in=seti_show_article&seti_art_ID=260&_by_id=1&_CATEGORY=35

 | Усилители в подводных ВОЛС 
 | Усилители в подводных ВОЛС 

}}{{#if:

 |  = {{{оригинал}}}

}}{{#if:

 |  // {{{автор издания}}} Сети и телекоммуникации
 | {{#if: Сети и телекоммуникации
   |  // Сети и телекоммуникации

}}}}{{#if:

 |  : {{{тип}}}.
 | .

}}{{#switch: {{ #if: | 1 }}{{ #if: | 2 }}{{ #if: 2006 | 3 }} | 123 = — {{{место}}}: {{{издательство}}}, 2006. | 12 = — {{{место}}}: {{{издательство}}}. | 13 = — {{{место}}}: 2006. | 23 = — {{{издательство}}}, 2006. | 1 = — {{{место}}} | 2 = — {{{издательство}}}. | 3 = — 2006. }}{{#if:

 |  — В. {{{выпуск}}}.

}}{{#if:

 |  — Т. {{{том}}}.

}}{{#if: 11

 |  — № 11.

}}{{#if:

 |  — С. {{{страницы}}}.

}}{{#if:

 |  — ISBN {{{isbn}}}.

}}{{#if:

|

Этот шаблон использует устаревший параметр «название». Пожалуйста, отредактируйте эту статью, заменив «название» на «заглавие».

}}{{#if:

|

Этот шаблон использует устаревший параметр «город». Пожалуйста, отредактируйте эту статью, заменив «город» на «место».

}}