Page 32 - 网络电信2023年2月刊
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光 通 信
海底光缆通信中拉曼放大器和掺铒光纤放大
器的研究
陈巨强
中国移动通信集团海南有限公司
摘 要：拉曼放大器和掺铒光纤放大器（EDFA）是光纤通信系统中两种重要的光信号放大设备，它
们的工作基本原理、特点都有相似的地方，也有不同之处。本文从拉曼放大器和掺铒光纤放大器的理
论模型出发，数值研究两种放大器对输入光信号放大过程，研究两种光放大器在海底光缆通信场景的
适用性，为未来网络建设规划提供理论依据。
关键词：拉曼放大器;掺铒光纤放大器;海底光缆通信
一、引言 拉曼放大器和EFDA放大器工作示意如图1所示。
光纤通信系统中传输媒介光纤对光学信号具有吸收的作 光隔离器保证光单向传输，避免反射光的影响；合波模
用，光信号在光纤中传输一段距离后其功率会减弱，因此需要 块根据输入泵浦光的个数决定是否需要，如单个泵浦光输入则
对光信号的功率进行放大才可以长距离传输。在光通信发展初 不需要合波模块。两种放大器的工作原理均可以使用图1进行
期，对光信号的放大需要进行光-电-光转换，即将光信号转换 说明。拉曼放大器是分布式放大器，可以使用多种波长的泵浦
为电信号，然后电信号重新整形、再生和定时（3R），再将电 光；EFDA放大器是分放大器，一般使用1480nm、980nm波长的泵
信号转换为光信号发送出去。掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼 浦光。
放大器直接在光域内对信号光进行放大，不需要将光信号进行 （一）拉曼放大器模型
光-电-光转换，简化光信号放大的过程，促进光通信快速的发 拉曼放大器是一种分布式放大器，在长距离传输的过程中能量
展。EDFA和拉曼放大器的工作原理和过程具有相同之处，例如 转移过程比较复杂，包括短波长光的能量转移到长波长光上、
两种光放大器都是光泵浦放大、泵浦光均可以采用多种方向泵 短波长信号光的能量转移到长波长的泵浦光上、瑞利散射和自
浦工作方式。两种放大器也存在不同之处，比如泵浦波长的选 发辐射噪声等。不考虑信号光动态变化情况，即不考虑时间维
择。本文从两种放大器的数值模型出发，通过建立两种光放大 度，频率为的光分量在光纤中传输，其功率演变可以使用下面
器的数值模型，并对两种放大器的工作过程进行数值研究，进 的公式表示[1]。
一步分析两种放大器在海缆光通信系统中的适用性。
二、理论模型
图1 拉曼放大器和EDFA 工作示意图
（1）
(1）式中，P±表示（+）或者（-）后向传输的光功率；
（1）式右侧的第一项表示光在光纤中传输的损耗，第二项表
示瑞利散射，第三项表示频率比v大的光将转移到v频率分量的
光，第四项表示频率的光将能量转移到频率分量比其小的光，
后面两项表示的是与温度相关的自发辐射噪声（ASE）项。g R
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