[發(fā)明專利]激光鈉導星技術中的一種激光束光纖傳輸器件

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810103048.X
• 申請日: 2008-03-31
• 公開（公告）號: CN101271176A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 李斌成;肖志剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B6/25
• 分類號: G02B6/25;G02B6/32;G02B6/02;G02B1/10;C03B37/012
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧紀

技術領域：

本發(fā)明屬于自適應光學天文望遠鏡系統(tǒng)激光鈉導星技術中光束傳輸領域，特別涉及一種激光束從激光器到發(fā)射望遠鏡的傳輸器件。

背景技術：

激光導引星技術為自適應光學系統(tǒng)在星體觀測和空間觀測方面的應用提供了一個解決信標問題的方案。其原理是發(fā)射一束高功率、高光束質(zhì)量激光束到天空，利用該激光在平流層所產(chǎn)生的后向瑞利散射或者在散逸層所產(chǎn)生的鈉共振熒光散射作為信標。在此技術中有一個必然的環(huán)節(jié)是把激光從激光器引導到望遠鏡發(fā)射系統(tǒng)。激光器到望遠鏡發(fā)射系統(tǒng)的距離取決于天文望遠鏡系統(tǒng)的布局，一般來說主鏡的口徑越大，激光器到望遠鏡發(fā)射系統(tǒng)的距離越大，當前天文望遠鏡系統(tǒng)(如歐洲南方天文臺裝備的望遠鏡系統(tǒng))中激光器到望遠鏡發(fā)射系統(tǒng)的距離約為25米。發(fā)射望遠鏡的發(fā)射功率越高越有利于減輕望遠鏡系統(tǒng)其它部件的性能要求；光束質(zhì)量M²因子趨近于1(光束質(zhì)量越好越有利于激光束經(jīng)發(fā)射望遠鏡系統(tǒng)后在鈉層的聚焦從而產(chǎn)生滿足強度要求的鈉信標)。把激光從激光器引導到望遠鏡發(fā)射系統(tǒng)現(xiàn)有兩種方式，第一種方式是利用多個反射鏡和透鏡在空氣中設計光路，從而使激光束到達望遠鏡發(fā)射系統(tǒng)，第二種方式是利用光纖把激光束傳輸?shù)酵h鏡發(fā)射系統(tǒng)。

使用光纖把激光束從激光器引導到望遠鏡發(fā)射系統(tǒng)雖然避免了煩瑣的光學光路設計的同時也具有一些優(yōu)點；但是同時需滿足兩方面的要求，一是光纖輸出功率盡可能高，二是要求光纖傳輸系統(tǒng)單模輸出以保證輸出光束具有高的光束質(zhì)量。在傳輸高功率激光時，受激布里淵散射(SBS)效應限制了光纖的功率傳輸能力，光纖的傳輸能力可由SBS閾值理論計算得出。鈉導星技術中激光束的光纖傳輸經(jīng)歷了三個階段的探索。第一階段是利用普通單模光纖進行傳輸，最大的問題在于當前在589nm波段的實用普通單模光纖的纖芯直徑約為4.5微米，這樣的一根長度為25米，衰減系數(shù)為20dB的單模光纖的功率傳輸能力僅為0.3W。第二階段是利用大芯徑的單模光子晶體光纖來實現(xiàn)光束的傳輸。當前實用化最大芯徑單模光子晶體光纖的纖芯直徑約為14.5微米，這樣一根長度為25米，衰減系數(shù)為20dB的單模光子晶體光纖的功率傳輸能力約為3W。不管是采用單一的普通單模光纖還是光子晶體單模光纖從功率上講都不能達到大口徑天文望遠鏡自適應光學系統(tǒng)中鈉導星技術的性能要求。第三階段：為克服此困難，歐洲南方天文臺采用大芯徑的單模光子晶體光纖和外部電光相位調(diào)制系統(tǒng)來實現(xiàn)光束的傳輸(W.Hackenberg，M.Zaehringer?and?A.Silber.SPIE，627262724D)，該傳輸方案引入了結(jié)構復雜的外部電光相位調(diào)制系統(tǒng)，整個傳輸系統(tǒng)比較復雜；另外該傳輸系統(tǒng)中所涉及的外部電光相位調(diào)制器和大芯徑單模光子晶體光纖的成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有傳輸方式的不足，提供一種結(jié)構簡單靈活、成本低廉的滿足激光鈉導星技術中實現(xiàn)激光束從激光器到發(fā)射望遠鏡傳輸要求的光纖傳輸器件。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案：激光鈉導星技術中的一種激光束光纖傳輸器件，其特征在于：該器件由圓柱形多模光纖采用熔拉法拉制成錐形后研磨成臺，它包括：圓柱形多模光纖部分和錐臺光纖部分，錐臺光纖部分直接在圓柱形多模光纖末端加工形成，圓柱形多模光纖的另一端為激光束的輸入端，錐臺光纖的另一端為激光束的輸出端。

所述的圓柱形多模光纖長度為激光器到發(fā)射望遠鏡距離的1～1.2倍；錐臺光纖部分的粗端纖芯半徑等于多模光纖的纖芯半徑，錐臺光纖細端處的纖芯半徑a滿足光纖中激光束的單模傳輸條件：

a≤2.405λ/2πNA

式中，λ為光纖中的傳輸激光波長；NA=(n12-n22)1/2]]>為光纖的數(shù)值孔徑，n₁和n₂分別表示光纖纖芯和包層的折射率。

所述的圓柱形多模光纖的纖芯半徑在20μm～50μm之間。

所述傳輸器件的輸入輸出端端面平整拋光，并鍍有增透膜。