[發(fā)明專利]基于側(cè)向泵浦的星載光放大器光熱退火增強(qiáng)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110318656.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN113213754B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉波;蔡岳豐;劉海峰;林煒;張昊;閆寶羅;孟森森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): C03B37/10
• 分類號(hào): C03B37/10;G02B6/42
• 代理公司: 合肥晨創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34162
• 代理人: 康培培

本發(fā)明屬于光通信器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于側(cè)向泵浦的星載光放大器光熱退火增強(qiáng)裝置及方法，裝置中同時(shí)包含光致退火與熱致退火兩部分，適用于空間星載通信中的光放大器。該裝置包括增益光纖、光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)、退火泵浦光源和分布式加熱光纖，所述增益光纖位于星載光放大器中呈環(huán)狀分布，所述光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)位于最內(nèi)環(huán)增益光纖的某點(diǎn)處；退火泵浦光源并列排布于光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)的前端，分布式加熱光纖位于增益光纖的最外環(huán)，多模光纖作為退火泵浦光源的輸出光纖，直接插入光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)中，光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)的輸出端接入增益光纖。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于側(cè)向泵浦的星載光放大器光熱退火增強(qiáng)裝置及方法，裝置中同時(shí)包含光致退火與熱致退火兩部分，適用于空間星載通信中的光放大器。

背景技術(shù)

在輻射環(huán)境下，光纖的芯層和包層中會(huì)形成電子空穴對(duì)，而這些電子和空穴在光纖自身缺陷和雜質(zhì)的位置上很容易被俘獲，產(chǎn)生新的缺陷中心，這種缺陷中心通常被稱為“色心”。色心效應(yīng)導(dǎo)致光纖的缺陷增多并使光纖對(duì)抽運(yùn)光和信號(hào)光的吸收增加，以至于光纖的損耗增加。高能輻射在固體中產(chǎn)生的缺陷可以在晶格中運(yùn)動(dòng)，此時(shí)輻射造成損傷可以隨著缺陷的運(yùn)動(dòng)而減輕。

光致退火中，高功率的退火光為晶格中的缺陷提供了更多的動(dòng)能，加速了晶格的恢復(fù)速度；且增益光纖中的鉺離子可以吸收退火光并使光纖纖芯的溫度升高，導(dǎo)致材料中的粒子熱運(yùn)動(dòng)更加劇烈，提升了載流子的復(fù)合速率，最終使晶格中因輻照造成的損耗更容易得到恢復(fù)。隨著光功率的增強(qiáng)和波長(zhǎng)的變短，光退色的效果會(huì)變得更明顯。所以可以用大功率的976nm泵浦光作為退火光加快被輻照光纖的光退色恢復(fù)速度，以此抑制光纖在空間輻射環(huán)境下形成的色心。

熱致退火中，是將輻射后的光纖置于高溫環(huán)境中，使光纖中的缺陷恢復(fù)過程加快。熱致退火用高溫加快了光纖中因輻射而產(chǎn)生的載流子的運(yùn)動(dòng)和復(fù)合，從而加快了退火的進(jìn)程，并且高溫使光纖中自由的載流子增多，加快損傷的恢復(fù)。

光子燈籠是一種將單模波導(dǎo)與多模波導(dǎo)通過一個(gè)錐形過渡區(qū)相連接的低損耗器件，通常將單模光纖嵌入到基底材料中熔融拉錐制作。光子燈籠作為一種錐形合束器，其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使包層與纖芯的芯徑等比例縮小，因而具有模式傳播穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、傳輸效率高等諸多優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所用的光子燈籠中，將多根多模光纖和一根單模光纖組成的光纖束進(jìn)行拉錐后，輸出光纖收縮成為單根單模光纖。多點(diǎn)側(cè)向泵浦技術(shù)指將大功率泵浦光通過多模光纖通入，從側(cè)方向經(jīng)過錐形過渡區(qū)耦合到輸出光纖中。

星載光纖放大器作為星際衛(wèi)星光通信中的核心光器件，對(duì)空間輻射非常敏感。通常情況下，當(dāng)摻雜增益光纖受到的總輻射劑量到達(dá)krad量級(jí)時(shí)，光放大器的工作性能就會(huì)受到較大影響。光致退火技術(shù)和熱致退火技術(shù)可以抑制光纖內(nèi)形成的色心結(jié)構(gòu)，起到提升光纖放大器抗輻照性能的作用。

本發(fā)明旨在將光致退火與熱致退火兩種技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于星載光放大器的退火過程，實(shí)現(xiàn)一種可以增強(qiáng)退火效果、提升光放大器抗輻照性能的退火增強(qiáng)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

基于側(cè)向泵浦的星載光放大器光熱退火增強(qiáng)裝置，該裝置包括增益光纖、光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)、退火泵浦光源和分布式加熱光纖，所述增益光纖位于星載光放大器中呈環(huán)狀分布，所述光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)位于最內(nèi)環(huán)增益光纖的某點(diǎn)處；退火泵浦光源并列排布于光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)的前端，分布式加熱光纖位于增益光纖的最外環(huán)，多模光纖作為退火泵浦光源的輸出光纖，直接插入光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)中，光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)的輸出端接入增益光纖；退火泵浦光源直接耦合接入光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)的輸入端，光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)的輸出端與增益光纖相連，增益光纖的最外環(huán)為分布式加熱光纖；

退火泵浦光源產(chǎn)生的大功率泵浦光借助光子燈籠耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)入增益光纖中，合束光經(jīng)過最外環(huán)的增益光纖時(shí)通過分布于外環(huán)的分布式加熱光纖。