Рамановский усилитель (статья)

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 могут классифицироваться на три подкатегории:

• рамановский усилитель с накачкой вперед – энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в одном направлении.
• рамановский усилитель с накачкой назад – энергия накачки и передаваемый сигнал распространяются по волокну передачи в противоположных направлениях.
• рамановский усилитель с накачкой в обе стороны – 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.

Типы накачки рамановских усилителей показаны на рис. 3.

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. Третий символ – строчное буквенное обозначение – определяет применение этого устройства. Четвертый символ – строчное буквенное обозначение – определяется типом накачки усилителя.

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.