拉曼增益

拉曼光纖放大器由於具有全波段放大、低噪聲、可以抑制非線性效應和能進行色散補償等優點引起人們廣泛關注，現已逐步走向商用。拉曼光纖放大器主要用做分佈式放大器，輔助EDFA 在未來進行信號放大，也可以單獨使用，放大EDFA不能放大的波段，同時克服了EDFA級聯噪聲大及放大帶寬有限等缺點。 ^[1]  拉曼放大器在長距離骨幹網和海底光纜中的市場地位已得到承認；在城域網中，拉曼光纖放大器也有其利用價值。通信波段擴展和密集波分複用技術的運用用，給拉曼光纖放大器帶來了廣闊的應用前景。

拉曼增益是由受激拉曼散射產生光學增益。當具有高光強的泵浦光入射時，不論在透明固體介質（如光纖）還是在液體或氣體介質中都有可能發生。利用這個可以用來製作拉曼放大器和拉曼激光器。

增益的大小依賴於泵浦光和信號光之間的頻率偏移，泵浦的波長以及材料的性質。和稀土摻雜增益介質相比，拉曼增益需要更高的泵浦強度和更長的相互作用距離，並且具有不一樣的飽和特性和依賴於泵浦光的波長的增益譜。

由受激拉曼散射導致的的窄帶泵浦波和斯托克斯位移波（具有較低的光學頻率）之間的相互作用可以通過以下方程來描述 ^[2]  ：

其中 和 是光強（以W/m的單位）， 和 的兩個光的頻率， 是拉曼增益係數（對於石英光纖為10m/ W的量級）。這兩個光束假定是完全重疊並且在z方向上傳播的。當然，其他方面的影響也需要根據情況被被添加到等式中，如自發拉曼散射和線性傳播損耗。

該方程表明，斯托克斯波經歷了增益係數為 的放大，而泵浦光失去了更多的能量。這是因為，一個泵浦光子被轉換成一個斯托克斯光子（低能量）和一個聲子。聲子能量對應於光子能量的差異。這個丟失的光能量被轉換成熱能。

拉曼增益係數主要取決於在光頻率的差，但也受到泵浦波長和偏振方向的影響。圖1示出了石英的拉曼增益對於頻率差的函數，假設兩個光束的具有相同的線性偏振。當頻率偏移為13.2THz時拉曼增益具有最大值。例如，一個波長為1064nm的泵浦光會在1116nm處具有最大的拉曼增益。在拉曼光譜中的峯對應於石英材料本身的某些振動模式。