[发明专利]包括纳米结构的光纤放大器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，更确切地说，涉及能够放大传输的光信号的光纤放大器。光 纤放大器可特别用作高速传输线路放大器。

背景技术

光纤放大器可以是掺杂有例如铒这样的稀土元素的光纤。这种光纤被用于 EDFAs或掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fibre Amplifiers），并具有一由包含铒掺杂 元素的二氧化硅基体构成的的中央芯部，考虑到改善增益，很可能与另外的掺杂元素 相结合。以一种本身已知的方式，EDFA型光纤中的光放大通过向光纤中注入一激 发（excite）掺杂元素的离子（Er³⁺）的泵浦信号（pump signal）来生效。当一光信号 穿过光纤的这一部分时，其通过激光效应而使离子去激发（de-excite），产生一与入射 的光子完全相同的光子。光信号因此增加了一倍。

光纤放大器也可利用拉曼（Raman）效应。拉曼放大不是利用光纤中掺杂的稀 土离子的原子跃迁，而是基于通过拉曼散射的能量交换。

拉曼散射是入射光在材料中的非弹性散射过程，其引起与基体的原子振动相互作 用。每种物质都有一个在给定波长的自发的拉曼发射光谱，也就是说，它的行为就像 在给定频率振动的振荡器网络那样。玻璃的拉曼光谱，像无序非晶材料那样，是由形 成覆盖了很宽频带的连续光谱的大量波长来表征。拉曼发射的强度随施加到材料的输 入功率而增加，并在一给定功率处变得显著。这种现象被称为受激拉曼散射（SRS）。 因此可以利用材料的拉曼发射，通过使其经过被光泵浦信号预先激发的材料来大幅地 放大光信号。在此类放大器中，泵浦光子被转换为另一与信号处于同样波长的较低能 量的光子。

使用具有比欲放大的信号频率低的泵浦信号，且泵浦信号和被传输的信号之间的 频率差约等于介质的振动频率（对二氧化硅，通常为13.2THz），以确保通过SRS放大 光信号。因此，为了激发1550nm的拉曼放大，要向二氧化硅光纤中注入1450nm的 泵浦信号。

拉曼放大增益G，以dB表示，可以表示如下：

G=10ln10CRPPLeff]]>

其中C_R（以1/km＊W为单位）是光纤的拉曼系数。

CR=gRAeff]]>

其中，g_R（以km/W为单位）是材料的本征拉曼增益，A_eff（以km²为单位，是在 泵浦波长处光纤的有效面积；

其中

P_p（以瓦特为单位）是泵浦信号功率，

L_eff（以km为单位）是光纤在泵浦波长处的有效长度，可由以下方程确定：