《Applied Sciences》：Design Element Analysis Driven by Attribute Networks: A Hybrid Method for Identifying Critical Product Design Attributes
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研究人员提出了一项针对双向泵浦分布式拉曼放大(DRA)噪声性能的仿真研究，涵盖两种再循环回路跨段配置——50 km和75 km——在代表密集波分复用(WDM)传输的50通道C波段网格（191,200–196,100 GHz，100 GHz间隔）上进行评估。对于
研究人员提出了一项针对双向泵浦分布式拉曼放大(DRA)噪声性能的仿真研究，涵盖两种再循环回路跨段配置——50 km和75 km——在代表密集波分复用(WDM)传输的50通道C波段网格（191,200–196,100 GHz，100 GHz间隔）上进行评估。对于每种跨段长度，首先在中心通道（193,600 GHz）上优化前向泵浦功率以最小化信号功率变化(SPV)，得到50 km跨段的最佳值为1.2 W，75 km跨段的最佳值为2 W；随后设置后向泵浦功率，使同一中心通道获得0 dB净增益。这些优化后的泵浦条件统一应用于所有50个通道，以表征每种单跨段配置的开-关增益变化。使用30 dB的输入光信噪比(OSNR)，对两种跨段分别进行了1至60次（50 km）和1至40次（75 km）往返的再循环回路仿真，覆盖了高达7500 km的共同传输距离。在7500 km范围内，50 km跨段的OSNR随距离退化速度慢于75 km跨段。在所研究的条件下，较短的DRA跨段具有更好的噪声性能，尽管达到相同传输距离需要更多的再循环次数。
随着互联网业务对光网络容量的持续增长，传输系统正逼近标准单模光纤的容量极限，提升光信噪比（OSNR）成为支持高阶调制格式（如16-QAM、64-QAM）以应对未来带宽需求的关键。传统掺铒光纤放大器（EDFA）因增益集中于离散点，信号功率在站点间大幅衰减，导致放大自发辐射（ASE）噪声过度积累，难以满足OSNR要求。分布式拉曼放大（DRA）通过在传输光纤中分布增益，显著降低了有效噪声系数，并拓宽了工作带宽，但高阶双向泵浦方案面临前向泵浦激光器相对强度噪声（RIN）转移的难题。随机分布式反馈（DFB）拉曼光纤激光放大器采用半开腔结构（仅单端光纤布拉格光栅及瑞利背向散射形成腔体），在避免前向泵浦RIN转移的同时，有效抑制了ASE噪声增长，是目前唯一实验验证可在标准单模光纤中超越后向泵浦拉曼和EDFA系统传输距离的高阶双向拉曼配置。基于此，研究人员开展了以下研究：针对50 km和75 km两种跨段长度，独立优化前向泵浦功率以最小化中心C波段通道的信号功率变化（SPV），并设置后向泵浦功率实现0 dB净增益，随后在50通道C波段WDM网格（191,200–196,100 GHz，100 GHz间隔）上通过再循环回路仿真，评估至7500 km共同传输距离时的OSNR退化行为。结果表明，50 km跨段在每距离上均保持更高OSNR，最终优势约1.5 dB，证实了较短分布式拉曼跨段在噪声性能上的优越性。该研究发表在《Applied Sciences》上。
研究采用的主要关键技术方法包括：（1）随机DFB拉曼激光放大器模型，基于1370 nm后向泵浦与1460 nm处99%反射率的FBG半开腔结构；（2）前向泵浦功率优化，通过SPV扫描确定50 km（1.2 W）和75 km（2 W）跨段的最佳值，并通过后向泵浦功率迭代求解实现0 dB净增益（50 km: 1.66 W, 75 km: 1.84 W）；（3）五阶Runge-Kutta积分法（步长0.1 km）结合迭代打靶法求解耦合传播方程的边界值问题；（4）50通道C波段WDM仿真（发射功率-10 dBm/通道，输入OSNR 30 dB）及再循环回路级联（50 km跨段150次往返，75 km跨段100次往返，均达7500 km）。
研究结果部分：
**4. Results**（结果）：通过前向泵浦功率的SPV优化，50 km跨段的最小SPV为0.72 dB，75 km跨段为3.85 dB，对应功率演变曲线显示50 km跨段信号功率更平坦，而75 km跨段双向拉曼双峰更显著，中段信号水平更低。开-关增益在所有50通道上接近0 dB，但存在约±1.5 dB的波纹，长波长边缘因泵浦耗尽而下降更多。再循环回路仿真显示，50 km跨段OSNR从单次往返的29.7 dB降至150次往返的18.1–19.3 dB；75 km跨段从29.3 dB降至100次往返的16.8–17.9 dB。在相同距离（如7500 km）下，50 km跨段中心通道OSNR约18.8 dB，高于75 km跨段的17.3 dB，且OSNR差距随距离增大（1000 km时约1 dB，7500 km时约1.5 dB）。该结果通过分析信号功率分布与ASE积累机制得出：50 km跨段因更平坦的功率剖面，在低信号区域积累的ASE更少，从而有效噪声系数更低。
讨论部分总结：研究人员指出，50 km跨段的OSNR优势源于其更小的SPV和更均匀的增益分布，RIN转移并非区分因素，因为随机DFB结构专门避免了强前向泵浦RIN。该发现对超长距离系统设计具有直接实用意义：运营商应优先采用较短跨段以最大化OSNR余量，即使需增加放大级数。未来工作可扩展到实际环路插入损耗、非线性相位噪声积累及中间跨段长度的优化。
研究结论部分翻译如下：本研究对50 km和75 km随机DFB拉曼激光放大器配置进行了仿真比较，在50通道C波段WDM网格上评估，并扩展至7500 km再循环回路传输。独立优化前向泵浦功率后（50 km为1.2 W，75 km为2 W），后向泵浦功率设为0 dB净增益条件下的对应值。优化泵浦条件在50通道负载下表现良好，开-关增益保持在±1.5 dB以内。50 km跨段在7500 km内每距离均提供更高OSNR，最终中心通道OSNR约18.8 dB（50 km）对比17.3 dB（75 km），证实了在本文考虑的再循环范围和噪声带宽下，较短且更频繁的分布式拉曼跨段在同等总传输距离下具有净噪声性能优势。该结论应限于本文的随机DFB拉曼配置、泵浦优化、WDM负载及理想级联条件，不可推广至所有放大方案。
