[發明專利]一種基于多重自補償效應的平坦譜抗輻照摻鉺光纖光源

在審

• 申請號: 202010868840.5
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112186484A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 索鑫鑫;于海成;向政;謝培;劉加林;王騰;陳義杰;趙海明;魏松梅
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/067;H01S3/08;H01S3/10;H01S3/13;H01S3/131;H01S3/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

本發明公開了一種基于多重自補償效應的平坦譜抗輻照摻鉺光纖光源。光源增益介質是一種特殊設計的具有較低截止波長的摻鉺光子晶體光纖，在980nm泵浦光作用下由鉺離子泵浦能態上轉換效應產生的540nm波段綠色超熒光和540nm激光器發出的短波長褪色光可同時在光纖纖芯中傳播。540nm波段光具有較高的褪色效率，從而極大降低了摻鉺光子晶體光纖的輻照損耗。利用摻鉺光子晶體光纖本征熒光譜，結合“平坦譜光譜濾波”和“泵浦光功率閉環反饋控制”技術設計出適合空間輻照環境應用的摻鉺光子晶體光纖光源。該光源結構簡單、抗輻照特性優異，且具有較小的相對強度噪聲特性，對高精度光纖陀螺的空間應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種寬譜光纖光源，更特別是一種基于多重自補償效應的平坦譜抗輻照摻鉺光纖光源。

背景技術

作為一種有源光纖器件的增益和傳輸介質，摻鉺光纖已經廣泛的應用于陸地和海底長線或者高分布式通信系統。隨著空間技術的不斷發展，基于摻鉺光纖的有源器件在空間的應用潛力已受到人們越來越多的關注。但太空充滿宇宙射線的特殊環境必須引起人們重視。研究表明，在采用特殊的工藝技術時，泵浦激光器、普通光纖器件和器件尾纖已經具備較好的抗輻照能力，而摻鉺光纖作為有源光纖器件的增益和傳輸介質，與普通光纖不同，除了摻Ge外，還根據需要摻雜了較高濃度的Al、Er和P等離子，這種材料結構使得摻鉺光纖對輻照具有很高的敏感度。輻照射線能改變摻鉺光纖的工作特性，甚至使之失效，這會對摻鉺光纖光源與系統的可靠性和壽命造成嚴重影響，因此對摻鉺光纖光源的防護技術的研究是空間應用必須解決的一項重要課題。

目前對摻鉺光纖光源抗輻照問題的解決大都采用被動防護的方法，沒有從本質上探索解決其抗輻照問題。被動防護法雖然能通過加重金屬屏蔽來提高摻鉺光纖光源的抗輻射性能，但在空間應用中過多的質量增加是不允許的。

摻鉺光纖中，輻照引起的損耗是由于色心的產生；色心是由材料中的帶電結構缺陷以及本身的摻雜和不純俘獲高能射線電離的電子和空穴形成的，在熱、光等作用下輻照產生的損傷會得到恢復，這一過程這被稱為褪色效應?；谕噬目馆椪占夹g主要有兩種，一種是熱褪色，另一種是光褪色。對于熱褪色這種方法，需要加熱到很高的溫度(300℃)才能產生明顯的褪色效應，而如此高的溫度會對其它光學器件造成傷害，因此不適合空間應用。光褪色抗輻射技術具有方法簡單、適用性強、褪色效率高的獨特優點，對于空間應用而言，是一種具有廣闊發展潛力的方法。

專利申請號CN 201110307869.7中公開了“一種抗輻射的寬譜光纖光源”，

980nm泵浦光經波分復用器耦合入摻鉺光纖中，經鉺離子的自發放大輻射后輸出的混合光；混合光經第二波分復用器、反射鏡后形成反射光；從第二波分復用器輸出的殘余980nm的泵浦光經980nm監控探測器轉換成電壓信號輸出。該方法通過控制摻鉺光纖中980nm泵浦光和光譜濾波技術實現寬譜光纖光源的抗輻射特性。然而，在高輻照劑量下，980nm波段泵浦光褪色效率有限，光源抗輻照性能劣化；另外，該光源輸出譜寬較窄，增大了光纖陀螺系統的噪聲特性。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于多重自補償效應的平坦譜抗輻照摻鉺光纖光源；光路結構中摻鉺光纖采用摻鉺光子晶體光纖作為增益介質，該摻鉺光子晶體光纖具有較低的截止波長，能保證由泵浦能態上轉換效應產生的短波段綠色超熒光在所述摻鉺光子晶體光纖纖芯中有效傳輸。同時，采用540nm波段激光器后向泵浦，大大增強了摻鉺光子晶體光纖輻射條件下光褪色效應；最后，采用光纖本征熒光譜作為原始輸出光譜，結合“光譜濾波技術”和“光功率閉環反饋控制技術”設計出適合高精度光纖陀螺空間輻照環境應用的摻鉺光子晶體光纖光源。

本發明的技術方案是：

一種基于多重自補償效應的平坦譜抗輻照摻鉺光纖光源，包括980nm激光器、波分復用器、摻鉺光子晶體光纖、啁啾光纖光柵、540nm激光器、增益平坦濾波器、光纖隔離器、集成探測器和驅動控制電路；