Hiệu ứng tán xạ Raman là quá trình tán xạ không đàn hồi mà trong đó gây ra sự chuyển năng lượng từ các kênh có bước sóng thấp sang các kênh có bước sóng cao hơn. Sự chuyển năng lượng từ kênh tín hiệu có bước sóng thấp sang kênh tín hiệu có bước sóng cao là một hiệu ứng cơ bản làm cơ sở cho khuếch đại quang và laser. Năng lượng của photon ở bước sóng λ là hc/λ với hằng số Planck (6,625.10-34 Js). Do đó, photon của bước sóng thấp có năng lượng cao hơn. Sự chuyển năng lượng từ tín hiệu bước sóng thấp sang tín hiệu bước sóng cao tương ứng với sự sinh ra các photon năng lượng thấp từ các photon năng lượng cao hơn.
Nếu như trạng thái khởi đầu có năng lượng thấp hơn năng lượng của trạng thái cuối, tần số photon phát xạ sẽ nhỏ hơn tần số ánh sáng tới thì ánh sáng tán xạ được gọi là ánh sáng Stoke và quá trình tán xạ được gọi là tán xạ Stoke. Ngược lại nếu ánh sáng tán xạ có tần số lớn hơn ánh sáng tới thì ánh sáng tán xạ được gọi là ánh sáng phản Stoke và quá trình tán xạ được gọi là tán xạ phản Stoke.
Hiệu ứng tán xạ Raman SRS là một hiệu ứng băng rộng. Hình 2.15 cho thấy độ lợi là một hàm của khoảng cách bước sóng và gR kéo dài trong một phạm vi tần số rất rộng (đạt tới 40Thz) với đỉnh khuếch đại gần độ dịch tần 13Thz (điều này là do tính phi tinh thể tự nhiên của thuỷ tinh silic).
Hình 2.15 Phổ khuếch đại Raman của sợi Silic ở bước sóng bơm λp = 1μm. Công suất ngưỡng cho SRS được tính bằng công thức sau :
PthSRS = 16Aeff/gRLeff = (16αAeff)/gR (2.72) 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 (2.73) Trong các hệ thống thông tin tốc độ cao do sử dụng các bộ khuếch đại đường
lớn và mật độ ghép kênh bước sóng cao nên hiệu ứng này cũng gây ra những ảnh hưởng hạn chế số kênh bước sóng, khoảng cách giữa các kênh và công suất từng kênh. Hơn nữa nếu như bước sóng mới tạo ra lại trùng với kênh tín hiệu thì hiệu ứng này cũng gây xuyên âm giữa các kênh.
Hình 2.16 Ảnh hưởng của tán xạ Raman.