Hiệu ứng tán xạ Raman là quá trình tán xạ không đàn hồi mà trong đó gây ra sự chuyển năng lƣợng từ các kênh có bƣớc sóng thấp sang các kênh có bƣớc sóng cao hơn. Sự chuyển năng lƣợng từ kênh tín hiệu có bƣớc sóng thấp sang kênh tín hiệu có bƣớc sóng cao là một hiệu ứng cơ bản làm cơ sở cho khuếch đại quang
và laser. Năng lƣợng của photon ở bƣớc sóng λ là hc/λ với hằng số Planck (6,625.10-34 Js). Do đó, photon của bƣớc sóng thấp có năng lƣợng cao hơn. Sự
chuyển năng lƣợng từ tín hiệu bƣớc sóng thấp sang tín hiệu bƣớc sóng cao tƣơng ứng với sự sinh ra các photon năng lƣợng thấp từ các photon năng lƣợng cao hơn.
Nếu nhƣ trạng thái khởi đầu có năng lƣợng thấp hơn năng lƣợng của trạng thái cuối, tần số photon phát xạ sẽ nhỏ hơn tần số ánh sáng tới thì ánh sáng tán xạ đƣợc gọi là sánh sáng Stoke và quá trình tán xạ đƣợc gọi là tán xạ Stoke. Ngƣợc lại nếu ánh sáng tán xạ có tần số lớn hơn ánh sáng tới thì ánh sáng tán xạ đƣợc gọi là ánh sáng phản Stoke và quá trình tán xạ đƣợc gọi là tán xạ phản Stoke.
Trạng thái kích thích Trạng thái đầu Trạng thái cuối Photon tán xạ a)Tán xạ Stoke Photon tán xạ Trạng thái cuối Trạng thái đầu Trạng thái kích thích a)Tán xạ phản Stoke Năng lượng
Hình 2.9 Giản đồ năng lƣợng của quá trình tán xạ Raman
Hiệu ứng tán xạ Raman SRS là một hiệu ứng băng rộng. Hình 2.10 cho thấy độ lợi là một hàm của khoảng cách bƣớc sóng và gR kéo dài trong một phạm vi tần số rất rộng ( đạt tới 40 Thz ) với đỉnh khuếch đại gần độ dịch tần 13 Thz (điều này là do tính phi tinh thể tự nhiên của thuỷ tinh silic).
Hình 2.10 Phổ khuếch đại Raman của sợi Silic ở bƣớc sóng bơm λp=1μm
Công suất ngƣỡng cho SRS đƣợc tính bằng công thức sau : PthSRS = 16.Aeff/ gR.Leff = (16.α.Aeff)/gR ( 2.21 ) Trong đó : α là hệ số suy hao của sợi.
gR là giá trị đỉnh của hệ số khuyếch đại Raman. Aeff là diện tích vùng lõi hiệu dụng.
Leff là chiều dài hiệu dụng của tuyến.
Leff = ( 1 – e-αL )/α ( 2.22 ) Trong các hệ thống WDM do sử dụng các bộ khuếch đại đƣờng lớn và mật
độ ghép kênh bƣớc sóng cao nên hiệu ứng này cũng gây ra những ảnh hƣởng hạn chế số kênh bƣớc sóng, khoảng cách giữa các kênh và công suất từng kênh. Hơn nữa nếu nhƣ bƣớc sóng mới tạo ra lại trùng với kênh tín hiệu thì hiệu ứng này cũng gây xuyên âm giữa các kênh.
Hình 2.11 Ảnh hƣởng của tán xạ Raman