[發(fā)明專利]一種用于光纖水聽(tīng)器陣列的光發(fā)射裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010764702.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111928936A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 克金龍;吳建波;張磊;王佳安;石亞莉;閆高健;周研;李友如
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中科長(zhǎng)城海洋信息系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00;G01V1/18
• 代理公司: 北京名華博信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11453
• 代理人: 李冬梅

本發(fā)明提供了一種用于光纖水聽(tīng)器陣列的光發(fā)射裝置，所述光發(fā)射裝置包括N個(gè)窄線寬光源、波分復(fù)用器、聲光調(diào)制器組件、第一光纖放大器、波分延時(shí)及預(yù)加重組件以及第二光纖放大器，其中，N為大于1的自然數(shù)，且N與所述光纖水聽(tīng)器陣列的波分復(fù)用通道數(shù)相等。本發(fā)明的光發(fā)射裝置通過(guò)波分延時(shí)及預(yù)加重組件將多波長(zhǎng)光脈沖分波長(zhǎng)延時(shí)錯(cuò)峰輸出，并進(jìn)行功率預(yù)加重后，再進(jìn)行功率放大，充分實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)高功率光放大，在提高輸出功率的同時(shí)極大地降低了自發(fā)輻射噪聲、非線性的噪聲積累及波形畸變情況，提升了光發(fā)射裝置的輸出光脈沖功率和信噪比，有效改善遠(yuǎn)距離傳輸性能，提升岸基固定式光纖水聽(tīng)器陣列傳輸距離和對(duì)微弱信號(hào)的探測(cè)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于光纖水聽(tīng)器陣列的光發(fā)射裝置。

背景技術(shù)

聲波是唯一能夠在水下進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播的能量輻射形式。水聽(tīng)器是利用聲波對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位和識(shí)別的傳感器，是現(xiàn)代軍事中的水下雷達(dá)。光纖水聽(tīng)器作為一種新型的水聲探測(cè)器件，從其誕生之日起就展現(xiàn)出傳統(tǒng)壓電水聽(tīng)器無(wú)法比擬的優(yōu)越性，如靈敏度高、帶寬較寬、濕端全光、穩(wěn)定性高、耐高溫抗腐蝕、傳輸距離遠(yuǎn)及可大規(guī)模復(fù)用等，并在軍事、商業(yè)及科研等多個(gè)領(lǐng)域逐步取代傳統(tǒng)壓電水聽(tīng)器而得到應(yīng)用。

海底岸基固定式光纖聲吶系統(tǒng)作為光纖水聽(tīng)器陣列的主要應(yīng)用形式之一，是目前最先進(jìn)的海洋被動(dòng)式探測(cè)系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著艦艇目標(biāo)降噪技術(shù)的不斷提升及對(duì)聲吶系統(tǒng)探測(cè)距離和探測(cè)精度要求的不斷提高，海底岸基固定式光纖陣列的規(guī)模不斷擴(kuò)大，基元數(shù)上升至幾千甚至幾萬(wàn)，傳輸距離也逐步擴(kuò)展至幾百甚至幾千公里。

中繼傳輸和無(wú)中繼傳輸是海底岸基固定式光纖聲吶系統(tǒng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬煞N應(yīng)用形式，其中無(wú)中繼傳輸支持光纖水聽(tīng)器陣列百公里級(jí)的傳輸需求，中繼傳輸支持光纖水聽(tīng)器陣列千公里級(jí)的傳輸需求，為近海和遠(yuǎn)海探測(cè)提供了支撐。光纖水聽(tīng)器陣列通常采用時(shí)分、波分和空分混合復(fù)用的組陣方式，但隨著岸基固定式光纖陣列朝著超大規(guī)模、超遠(yuǎn)距離的方向發(fā)展，陣列多采用時(shí)分和波分混合復(fù)用方式，通過(guò)單纖對(duì)復(fù)用128基元、甚至256基元光纖水聽(tīng)器陣列，極大地減少了光纜纖對(duì)數(shù)，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。但大規(guī)模密集復(fù)用的遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)對(duì)光發(fā)射裝置提出了更高的要求，主要有以下幾點(diǎn)：(1)多波長(zhǎng)、高功率、低重復(fù)頻率、低占空比的光脈沖或脈沖對(duì)輸出：對(duì)于一個(gè)N×M的混合復(fù)用系統(tǒng)(N為波分復(fù)用數(shù)，M為時(shí)分復(fù)用數(shù))，要求光發(fā)射裝置輸出總功率達(dá)到16dBm以上的N波長(zhǎng)，低占空比(≤1/M)的復(fù)用光脈沖或脈沖對(duì)，脈寬在幾百ns量級(jí)，脈沖重復(fù)頻率在幾百kHz量級(jí)；(2)為了提高遠(yuǎn)距離傳輸岸基固定式光纖陣列對(duì)微弱信號(hào)的探測(cè)能力，要求光發(fā)射裝置輸出高光信噪比(OSNR)的多波長(zhǎng)光脈沖或脈沖對(duì)信號(hào)，并具備對(duì)光放大和傳輸過(guò)程中線性和非線性噪聲的抑制功能；(3)為了提高遠(yuǎn)距離傳輸岸基固定式光纖聲吶系統(tǒng)各波長(zhǎng)通道性能的一致性，避免因多波長(zhǎng)光信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸和放大引起的功率不均衡過(guò)大造成系統(tǒng)性能劣化，要求光發(fā)射裝置具備波長(zhǎng)通道功率預(yù)加重功能。

目前，光纖水聽(tīng)器陣列系統(tǒng)常用的光發(fā)射裝置采用多波長(zhǎng)光脈沖同時(shí)高增益、高功率放大輸出的方式，以一個(gè)N×M的波分/時(shí)分混合復(fù)用系統(tǒng)為例，現(xiàn)有的光發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)為N臺(tái)等波長(zhǎng)間隔的光纖水聽(tīng)器，用窄線寬光源(λ₁～λ_N)經(jīng)波分復(fù)用器合波到單根光纖，波分復(fù)用器輸出接聲光調(diào)制器模塊，以產(chǎn)生特定占空比(≤1/M)的復(fù)用光脈沖或脈沖對(duì)，復(fù)用光脈沖或脈沖對(duì)同時(shí)進(jìn)入多波長(zhǎng)光纖功率放大器，經(jīng)過(guò)高增益、高功率放大后輸出，功率放大后的N波長(zhǎng)復(fù)用光脈沖或脈沖對(duì)再同時(shí)輸入到遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。基于上述光發(fā)射裝置的遠(yuǎn)距離傳輸岸基固定式光纖聲吶系統(tǒng)仍有技術(shù)缺陷：