專利名稱：全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖激光器及放大器，特別是一種全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源。
背景技術(shù)：
目前星載測高中多采用高峰值功率、窄脈沖的激光器作為測量光源，依靠測量脈沖飛行時間來直接獲取距離信息，這種系統(tǒng)要求激光的峰值功率達到幾十兆瓦級，重復頻率只能到幾十赫茲，地表分辨率只有幾百米，達不到高精度測繪的要求(地表分辨率小于20 米，測高精度小于15厘米)，為此提出了基于偽隨機碼調(diào)制和光子計數(shù)的星載測高計原理。 經(jīng)偽隨機碼調(diào)制的激光器發(fā)送一列經(jīng)偽隨機碼調(diào)制的脈沖串，在通過增加碼元數(shù)目(即脈沖序列長度)提高信噪比的同時也帶來了更多的噪聲；此外盡管單光子計數(shù)技術(shù)具有很高的探測靈敏度，但是需要經(jīng)過多次平均才能夠保證足夠大的信噪比，即必須解決光子累積的問題。目前多通過提高激光發(fā)射重復頻率的手段來達到光子的累積，但從星載角度來看， 為了克服距離模糊，需要降低激光脈沖發(fā)射重復頻率，二者之間出現(xiàn)矛盾。在激光發(fā)射源方面，近幾年光纖激光器由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性高，光束質(zhì)量好、效率高等優(yōu)點正逐漸被廣泛重視，成為熱點，國外已經(jīng)研發(fā)出全光纖的激光發(fā)射源，大多采用種子源振蕩-放大(Master-Oscillator Power-Amplifier,以下簡稱為ΜΟΡΑ)的系統(tǒng)，一般采用三級放大結(jié)構(gòu)，不過主要是采用連續(xù)的工作方式，且僅針對特定的某個波長進行放大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多波長星載激光高度計的發(fā)射源，該發(fā)射源用同時發(fā)射多個波長的方法來實現(xiàn)星載高度計中接收回波光子能量的累積，從而在不增加激光脈沖發(fā)射重復頻率的基礎(chǔ)上解決了基于光子數(shù)的星載測高中的能量累積和距離模糊間的矛盾，提高星載探測的信噪比。該發(fā)射源具有小型化、全光纖、重復頻率和調(diào)制碼型可調(diào)、同時放大幾個波長和調(diào)制速率快的特點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源，包括種子光系統(tǒng)和光纖放大系統(tǒng)，其特點在于所述的種子光系統(tǒng)是由在所述的光纖放大系統(tǒng)摻雜離子增益譜寬之內(nèi)的多個輸出不同波長的種子光源、編碼調(diào)制器、合束器和輸出光纖構(gòu)成，所述的光纖放大系統(tǒng)為全光纖多級級聯(lián)放大結(jié)構(gòu)。所述的種子光系統(tǒng)由第一種子光源、第二種子光源、保偏合束器和電光調(diào)制器構(gòu)成，所述的電光調(diào)制器在帶偏置控制器的穩(wěn)壓電源、信號發(fā)生器和微波放大器的共同作用下工作，所述的帶偏置控制器的穩(wěn)壓電源確保調(diào)制器工作在避免信號的失真最佳偏置點， 所述的電光調(diào)制器為鈮酸鋰馬赫-曾德電光調(diào)制器。所述的種子光系統(tǒng)是信號發(fā)生器、第一種子光源、第二種子光源、合束器由光纖連接構(gòu)成，所述的信號發(fā)生器產(chǎn)生按偽隨機碼變化的電流加載于第一種子光源、第二種子光源上，輸出的種子光通過所述的合束器耦合進所述的輸出光纖輸出。所述的第一種子光源、第二種子光源是線偏振的、尾纖輸出的分布反饋式激光二極管。所述的光纖放大系統(tǒng)為全光纖三級級聯(lián)放大結(jié)構(gòu)，第一級由波分復用器、第一泵浦源、第一放大光纖、第一光纖隔離器和第一光纖濾波器依次相連構(gòu)成；第二級由第一光纖合束器、第二泵浦源、第二放大光纖、第二光纖隔離器和第二光纖濾波器構(gòu)成；第三級由第二光纖合束器、第三泵浦源、第三放大光纖依次相連構(gòu)成。所述的第一放大光纖、第二放大光纖和第三放大光纖是Er3+、Yb3+離子摻雜的光纖。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點
1、采用多波長同時放大，可以增加放大過程中泵浦能量的提取效率、降低ASE、增加激光譜線寬度、降低非線性效應。2、充分利用Er3+、Yb3+等摻雜離子較寬的吸收增益帶寬對幾個波長的種子光同時實現(xiàn)放大。如目前采用的摻鉺光纖放大器的可用增益帶寬為1530 1565nm，20 40nm的增益帶寬可以滿足4 32路信道的波分復用系統(tǒng)，即等效于將系統(tǒng)重復頻率提高4 32倍。3、利用電光調(diào)制器具有的調(diào)制速率快(適合采用高速偽隨機碼調(diào)制)、性能的波長依賴性很小(即可調(diào)帶寬寬，適合于同時對多個不同的波長進行放大)、光損耗較低、電光系數(shù)高、適用于多種碼型等優(yōu)點，提高測高精度。4、全光纖結(jié)構(gòu)，有效的解決了空間應用的功耗和熱控方面的問題?？傊景l(fā)明發(fā)射源具有小型化、全光纖、重復頻率和調(diào)制碼型可調(diào)、同時放大幾個波長和調(diào)制速率快的特點，可用于基于光子計數(shù)的星載高度計的發(fā)射源，以克服距離模糊和實現(xiàn)光子能量累積的矛盾。


圖1是本發(fā)明基于光子計數(shù)的多波長星載激光高度計發(fā)射源的總體示意框圖。圖2是本發(fā)明實施例1所采用的種子光路示意圖(以雙波長為例說明)。圖3是本發(fā)明實施例2所采用的種子光路示意圖(以雙波長為例說明)。圖4是本發(fā)明所用的光纖放大系統(tǒng)的光路示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。實施例1
先請參閱圖1、圖2和圖4，圖1是本發(fā)明全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源的總體示意框圖，圖2是本發(fā)明所采用的外調(diào)制種子光示意圖，圖4是本發(fā)明所采用的光纖放大系統(tǒng)的光路示意圖。圖2所述的第一種子光源1101a、第二種子光源IlOlb是由在光纖放大系統(tǒng)摻雜離子增益譜寬之內(nèi)的2個波長間隔2nm組成的、線偏的、尾纖輸出的分布反饋式激光二極管。 所述的保偏合束器1102采用保偏密集波分復用器；將不同波長的種子光耦合入同一個光纖，經(jīng)電光調(diào)制器1103后輸出經(jīng)過調(diào)制的波形。所述的調(diào)制器采用鈮酸鋰馬赫-曾德電光調(diào)制器，它采用行波電極可獲得很高的工作速率(適合采用高速偽隨機碼調(diào)制)且性能的波長依賴性很小(即可調(diào)帶寬寬，適合于同時對多個不同的波長進行調(diào)制)，在帶偏置控制器的穩(wěn)壓電源1103a、信號發(fā)生器1103b、微波放大器1103c共同作用下工作。實施例2
先請參閱圖1、圖3、圖4，圖1是本發(fā)明基于光子計數(shù)的全光纖多波長星載激光高度計發(fā)射源的總體示意框圖，圖3是本發(fā)明所采用的直接調(diào)制種子光示意圖，圖4是本發(fā)明所采用的光纖放大系統(tǒng)的光路示意圖。本實施例與實施例1的區(qū)別在于種子光采用直接調(diào)制方式，請參閱圖3，圖3是本發(fā)明實施例2所采用的種子光路示意圖。圖中所述的種子光由信號發(fā)生器1201、第一種子光源1202a、第二種子光源1202b、合束器1203依次由光纖連接構(gòu)成。采用可直接調(diào)制的種子激光二極管，由信號發(fā)生器產(chǎn)生按偽隨機碼變化的電流加載于種子激光二極管上，經(jīng)調(diào)制后的種子光通過合束器耦合成一束進入光纖放大系統(tǒng)，利用光纖摻雜離子如Er3+、Yb3+ 等的寬增益譜寬對2個不同的波長同時放大。
權(quán)利要求
1.一種全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源，包括種子光系統(tǒng)(1)和光纖放大系統(tǒng) (2)，其特征在于所述的種子光系統(tǒng)(1)是由在所述的光纖放大系統(tǒng)摻雜離子增益譜寬之內(nèi)的多個輸出不同波長的種子光源、編碼調(diào)制器、合束器和輸出光纖構(gòu)成，所述的光纖放大系統(tǒng)(2)為全光纖多級級聯(lián)放大結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源，其特征在于所述的種子光系統(tǒng)(1)由第一種子光源(1101a)、第二種子光源(1101b)、保偏合束器(1102)和電光調(diào)制器(1103)構(gòu)成，所述的電光調(diào)制器(1103)在帶偏置控制器的穩(wěn)壓電源(1103a)、信號發(fā)生器(1103b)和微波放大器(1103c)的共同作用下工作，所述的帶偏置控制器的穩(wěn)壓電源(1103a)確保調(diào)制器工作在避免信號的失真最佳偏置點，所述的電光調(diào)制器為鈮酸鋰馬赫-曾德電光調(diào)制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源，其特征在于所述的種子光系統(tǒng)(1)是信號發(fā)生器(1201 )、第一種子光源(1202a)、第二種子光源(120 )、合束器(1203)由光纖連接構(gòu)成，所述的信號發(fā)生器(1201)產(chǎn)生按偽隨機碼變化的電流加載于第一種子光源(1202a)、第二種子光源(1202b)上，輸出的種子光通過所述的合束器(1203) 耦合進所述的輸出光纖輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源，其特征在于所述的第一種子光源、第二種子光源是線偏振的、尾纖輸出的分布反饋式激光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源，其特征在于所述的光纖放大系統(tǒng)(2)為全光纖三級級聯(lián)放大結(jié)構(gòu)，第一級由波分復用器(2011)、 第一泵浦源(2012)、第一放大光纖(2013)、第一光纖隔離器Q014)和第一光纖濾波器 (2015)依次相連構(gòu)成；第二級由第一光纖合束器(2021)、第二泵浦源(2022)、第二放大光纖(2023)、第二光纖隔離器Q024)和第二光纖濾波器002 構(gòu)成；第三級由第二光纖合束器(2031)、第三泵浦源(2032)、第三放大光纖依次相連構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源，其特征在于所述的第一放大光纖(2013)、第二放大光纖和第三放大光纖003；3)是Er3+或 3+離子摻雜的光纖。
全文摘要
一種全光纖多波長星載激光高度計的發(fā)射源，包括種子光系統(tǒng)和光纖放大系統(tǒng)，其特點是所述的種子光系統(tǒng)是由在光纖放大系統(tǒng)摻雜離子增益譜寬之內(nèi)的多個不同波長的激光二極管組成的、經(jīng)過同一碼形調(diào)制的、由合波器耦合入一條光纖輸出的激光。所述的光纖放大系統(tǒng)為全光纖多級級聯(lián)放大結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有小型化、全光纖、重復頻率和調(diào)制碼型可調(diào)、同時放大幾個波長和調(diào)制速率快的特點。
文檔編號G01C5/00GK102252656SQ20111019356
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者張鑫, 賀巖, 陳衛(wèi)標 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所