拉曼放大器的由来

我们看看拉曼发现的拉曼散射到底是怎么回事？

拉曼散射说简单一点就是光照射在样本表面，发生非弹性碰撞，光子与组成样本的分子（或其他形式）发生了能量交换。

（如果发生了弹性碰撞，就是瑞利散射，没有能量交换，这也是为什么瑞利说海水的蓝是反射天空的蓝色）

正如上面说的，发生了能量交换，无非有吸收和被吸收两种。

入射光子被样本分子吸收了能量，频率就会小于入射光频率，这样的的光子称为斯托克斯光子；

入射光子吸收了样本分子的能量，频率就会大于入射光频率，称之为反斯托克斯光子。

从上面可以看得出，斯托克斯和反斯托克斯的光能量都比较小。

看到这，做波分的朋友们可能心中就有想法了，既然频率可以发生转移，那么我们是不是就可以利用这一特性来给特定频率的光增加能量？

是的，本次的主题，拉曼放大器就是这么来的。

可惜拉曼爷爷没有这么幸运，他发现了拉曼效应这种高级武功，可惜好多年也没有人练成，直到在他74岁的时候。。。也就是1962年的时候，这种散射现象才被Woodburry和Ng在实验室中观测到。

拉曼放大器就是利用受激拉曼散射效应（Stimulated Raman Scattering），通过将强泵浦光和较弱的信号光同时在一根光纤中传输，强泵浦光与光纤发生振荡散射，然后以较长频率的光发射出去，而这个频率的光就是我们弱信号光的频率。

下面聊聊几个问题。

（一）是不是所有的入射信号光都能被放大呢？

针对特定频率的泵浦光，在光纤介质中，需要信号光与泵浦光满足峰值增益频偏13.2THz差，也就是上面图中大约100nm的频谱偏移，信号光正好处于这个增益谱宽内就可以了。

（二）能不能所有入射信号光都可以被放大？

增益谱宽所在的范围是与泵浦光频率相关的话，只要有合适的多个泵浦光频率，那么我们就能实现所需信号光的增益放大。

（三）泵浦光、增益和光纤长度的关系？

当泵浦光功率很小的时候，拉曼增益是很大，但随着光纤距离增加，衰减的也快！因此拉曼放大器的泵浦光的功率都很高。所以千万不要用眼睛直视。至于增益与光纤长度的关系则成一个非线性的关系，还是直接上图吧，比较直观。

所以，拉曼放大器的增益一般都比较小，最高也就15dB左右，虽然增益是不高，但是它的ASE自发辐射的噪声也小啊！因此我们通常会用EDFA掺铒光纤放大器（高增益高噪声）来配合拉曼放大器使用。

总结一下吧：

拉曼放大器的增益范围由泵浦光的频率决定；

只要有合适的泵浦光，可以实现所需信号光的增益，增益范围非常广；

增益放大的能力比较弱，但产生的噪声也比较小。