新型高功率可调激光源可抑制受激布里渊散射

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新型高功率可调激光源可抑制受激布里渊散射

编辑：Dirk Muschert，Michael Kelly, 安捷伦科技

    为了实现更大距离与更高速率的传输，现代传输系统的光发射功率越来越大。因此，人们不得不考虑非线性效应，特别是受激布里渊散射（SBS）等现象，而系统设计者们也需要在功率分配要求与由SBS等非线性效应所引起的信号损失这两者之间进行平衡。除了抑制发射机的SBS等要求之外，大家还需要输出功率较大的测试光源，以及消除SBS引起的反向散射。本文将讨论SBS效应产生的机理和条件，并将详细阐述一种用于测试和测量的新型可调激光源的最新研究成果，从而说明如何使用一种既可以消除SBS、同时又能够将信号的相对强度噪声（RIN）保持在较低水平的新方法，将大功率激光有效地耦合到较长的光纤中。

长光纤中的SBS
在向较长的光纤中发射激光时，如果超过了某个最大临界功率，则由于线宽和光纤类型的原因，可能会发生强烈的反射，从而导致在光纤另一端所观测到的功率达到最大极限值。显而易见，这种现象将对传输功率产生限制，并且引发信号噪声。该现象起源于光纤中的声波对信号光的反向散射。在较短的光纤中，也会发生这种现象，但程度要轻微得多。被散射的光将产生一个等于布里渊散射漂移频率的偏移，变为较低的光频（较长的波长），这是光纤材料的一项固有特性。普通单模石英光纤的漂移频率约为11GHz（波长0.09nm）。如果光纤中前向和反向传输的光之间的频率差恰好等于布里渊散射漂移频率，则反向散射光将引起更多的前向传输的光信号被反向散射。因此，如果信号功率足够大，由该受激反向散射所导致的反向散射光功率，可能会超过因为光纤衰减而损失的功率。
利用图1所示的装置，可以对某个系统（特定光纤类型、光纤长度和激光线宽）的SBS进行检测。激光输出端通过一个耦合器连接到光纤上，因为连接、瑞利散射和SBS散射等原因，将会有反向散射光，耦合器将其中1%分到功率计。而长光纤的输出端则连接到另一个用于测量传输功率的功率计上。两个功率计的测量结果均取决于发射功率。



输入功率大于 SBS临界值时，散射功率呈非线性增加，传输功率趋于饱和。同时，测得的功率值亦出现强烈的波动。在图2中，显示了长度为25km的单模光纤的传输功率和散射功率。出现SBS的光纤，其长度通常最少在几公里以上，但其值也因为光纤类型的差别而有所不同。



消除SBS的新方法
在测试与测量中，可调激光器的功率达到了+13dBm，这已经超过了许多光纤的SBS临界值。如果有效线宽相对于SBS线宽(约20MHz)增加，该临界功率值可以提高，从而抑制SBS。最近发现了一种用于外腔可调激光器的SBS消除方法，这项新特性通过对激光的波长进行调制，提高了有效线宽，从而将SBS临界功率值提到更高的水平。因为该方法允许在光纤连接处以最大功率进行信号输入，从而具有大输出功率的所有优势，即使是在诸如测试用传输系统的长光纤中也是如此。其他示例则包括对传输距离放大的情况下的功率分配或者对拉曼放大器配置进行测试。
这项新的SBS消除方法通过对谐振腔长度进行压电调制，从而增加了激光的有效波长，其频率为几千赫兹。该调制频率很高，使得在长度大于10km的光纤中，能够保证光纤的不同部位所传送的波长不同，防止了整条光纤都产生波长相同的SBS、减少了复合受激效应（就好像光纤比实际长度要短），从而提高了SBS的临界功率值。

降低相对强度噪声
该项新的SBS消除方法将功率保持在恒定值，从而不会引起额外的RIN产生。残余的调幅也非常小，其值远小于1%，这样就可以进行诸如眼图测试和误码率测试等时域测量，而不受SBS消除功能的影响。在光纤的输出端，可以用信号分析仪测量RIN的值。图4中显示的是在信号输入功率为+13dBm、且没有消除SBS的情况下，在25km长的光纤输出端所测得的信号RIN值；而在新的SBS消除功能连接到系统中后，信号质量得到了改善，其RIN值如图5所示。






总之，SBS是一个物理效应，如果光纤较长，且输入功率大于几dBm时，它就有可能发生。它会导致光纤中的声波对光子产生散射作用──这会对传输功率产生限制并引起额外的RIN，从而影响光纤网络的性能。在可调激光源上应用一些新技术，可以消除大功率情况下的SBS，而且其残余调幅较小，从而信号的RIN也比较小──这样就可以对光纤链路进行与波长有关的大功率测试。这有助于网络设备制造商对他们的传输系统的设计与功率分配进行优化，从而开发出具有高性价比的传输网络。

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