Почему "Рамановский усилитель" так называется?

До этого мы рассказывали про оптические усилители и их роль в системе DWDM. Но кто вообще их придумал? Не просто так их называют рамановскими волоконно-оптическими усилителями. И нет, их изобрел не Роман из нашего отдела продаж, и не Роман из службы безопасности 🙂

Рамановский усилитель назван в честь его открывателя — сэра Чандрасекхара Венката Рамана, физика из Индии.

Он известен по всему миру своими работами в области рассеяния света. Используя разработанный им спектрограф, он и его ученик К. С. Кришнан обнаружили, что когда свет проходит через прозрачный материал, отклонённый свет меняет свою длину волны. Это явление, неизвестный до сих пор тип рассеяния света, который они назвали "модифицированным рассеянием", впоследствии было названо рамановским эффектом или комбинационным рассеянием. Раман получил в 1930 году Нобелевскую премию по физике за это открытие.

В настоящее время рамановские усилители (Raman) находят применение в самых разных отраслях промышленности, включая телекоммуникации. Наиболее перспективно их использование в DWDM системах дальней связи. Они особенно хороши тем, что позволяют получить широкополосное усиление практически в любом спектральном диапазоне. Ещё их используют либо как предусилители в комбинации с эрбиевыми усилителями EDFA, либо самостоятельно. В то же время, поскольку с увеличением числа спектральных каналов в системах DWDM увеличивается суммарная мощность группового оптического сигнала, в системах с большим числом каналов эффективность таких усилителей может оказаться не только не меньше, но даже больше, чем у традиционно используемых эрбиевых усилителей EDFA.

В чем же секрет рамановского усилителя?

В данном устройстве в качестве среды усиления выступает само оптическое волокно. Это приводит к тому, что применение рамановских усилителей в волоконно-оптических линиях связи снижает шумы и нелинейные искажения, благодаря чему можно использовать более длинные участки волокна, более высокую скорость передачи, меньшие промежутки между каналами, а также приблизить рабочий диапазон к длине волны нулевой дисперсии.

Усиление сигнала происходит в самом оптическом волокне, используемом для передачи данных, оно оказывается распределённым вдоль волокна, и в этом случае удаётся достичь более равномерного размещения мощности сигнала вдоль направления распространения. При этом энергия сигнала не опускается до уровня шумовых составляющих и в то же время не достигает уровня, при котором становятся существенными нелинейные искажения сигналов вследствие как самовоздействия, так и кросс-взаимодействия между различными спектральными каналами. Свойство распределённости усиления позволяет существенно увеличить отношение сигнал/шум.

При использовании рамановских усилителей, увеличение сигнала может быть организовано с использованием односторонней накачки (сонаправленно или встречно) и двухсторонней (усиление происходит с двух сторон волокна), при этом применение двунаправленной накачки путём объединения сонаправленной и встречной накачек обеспечивает более равномерное распределение мощности сигнала вдоль волокна.

Таким образом, рамановские усилители стали неотъемлемой частью современных однопролетных линий связи, работающих без использования активных элементов и/или промежуточных площадок и оптических систем дальней и сверхдальней коммуникации. Для России весьма актуально проектирование и строительство однопролетных линий связи со сверхдлинными участками свыше 300 км, когда построение промежуточных усилительных или регенерационных площадок невозможно.