面向随机大输入功率范围的多通道均衡航天光前置放大器
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202210116020.X | 申请日 | 2022-01-28 |
| 公开(公告)号 | CN114499678A | 公开(公告)日 | 2022-05-13 |
| 申请人 | 长春理工大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 张鹏; 佟首峰; 姜会林; 王大帅; 南航; 李晓燕; 于笑楠; 宋延嵩; | 第一发明人 | 张鹏 |
| 权利人 | 长春理工大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 长春理工大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：吉林省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：吉林省长春市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：吉林省长春市朝阳区卫星路7186号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：130022 |
| 主IPC国际分类 | H04B10/291 | 所有IPC国际分类 | H04B10/291 ; H04B10/294 ; H04B10/2575 |
| 专利引用数量 | 6 | 专利被引用数量 | 2 |
| 专利权利要求数量 | 8 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京中理通专利代理事务所 | 专利代理人 | 刘慧宇; |
| 摘要 | 面向随机大输入功率范围的多通道均衡航天光前置 放大器 ，涉及无线高速激光通信技术领域，为解决现有航天平台舱与 载荷 舱间动态旋转条件下随机大输入功率范围下多通道 信号 均衡低噪放大难的问题，其包括：电控光 衰减器 、光学 耦合器 一、光电探测器一、 控制器 一、隔离器一、波分复用器一、980nm 泵 浦源一、掺铒光纤一、金属保护盒一、配合型 滤波器 、掺铒光纤二、波分复用器二、980nm泵浦源二、控制器二、金属保护盒二、隔离器二、光学耦合器二和光电探测器二；本 发明 基于电控光衰减器、光纤耦合器、光电探测器和控制器完成输入光功率自适应调控，可以面对大范围随机输入功率。通过测试多路 激光器 的发射 波长 及功率，研制滤 波形 状和激光器输出相匹配的滤波器。 | ||
| 权利要求 | 1.面向随机大输入功率范围的多通道均衡航天光前置放大器，其特征是，其包括：电控光衰减器(1)、光学耦合器一(2)、光电探测器一(3)、控制器一(4)、隔离器一(5)、波分复用器一(6)、980nm泵浦源一(7)、掺铒光纤一(8)、金属保护盒一(9)、配合型滤波器(10)、掺铒光纤二(11)、波分复用器二(12)、980nm泵浦源二(13)、控制器二(14)、金属保护盒二(15)、隔离器二(16)、光学耦合器二(17)和光电探测器二(18)； |
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| 说明书全文 | 面向随机大输入功率范围的多通道均衡航天光前置放大器技术领域背景技术[0002] 近年来，天基及地面目标的高时空分辨率空间相机成为现代光学观测领域研究的热点。由于现有空间相机等载荷的高光谱、高空间分辨率等原因，载荷单位时间将产生大量高像素图像或高清晰视频，为此载荷舱存在海量数据实时传输的迫切需要(几百吉比特每秒，甚至更高)，目前舱间无线微波通信的带宽满足不了如此超高速率的通信要求。而光通信因其通信速率高、体积小、重量轻等优点成为了较优的选择。不过平台舱和载荷舱之间存在将为随机旋转对准状态，为此光纤通信的使用受到了较大限制，而无线光通信以自由空间为信道，如果光轴无法实时对准，将造成接收端功率抖动范围随机且比较大(≥10dB)。为此需要有面向随机大输入功率范围的光前置放大器，另外光前置放大器需要满足多通道同时放大的同时并具有航天环境试验性。 [0003] 中国专利公开号为“CN2566542Y”专利名称为“一种具有光放大自动增益调制的波分复用光通信传输装置”，该装置包括光合、分波器和光放大器，光放大器采用可调整增益光放大器。可调整增益光放大器包括一个光前置放大器和一个光功率放大器，及在它们中间插入一个电控可调光衰减器。还可以是由一个光放大器和一个光衰减器组成，将一个光放大器从掺铒光纤处分开成两半，并在其中间安装一个可调光衰减器。所公开了装置无法适应航天环境，同时面对在随机大输入功率范围条件下无法实现多通道均衡低噪声放大，应用范围有限。 发明内容[0005] 面向随机大输入功率范围的多通道均衡航天光前置放大器，其特征是，其包括：电控光衰减器、光学耦合器一、光电探测器一、控制器一、隔离器一、波分复用器一、980nm泵浦源一、掺铒光纤一、金属保护盒一、配合型滤波器、掺铒光纤二、波分复用器二、980nm泵浦源二、控制器二、金属保护盒二、隔离器二、光学耦合器二和光电探测器二； [0006] 所述电控光衰减器的光学输入端为放大器输入端口，其光学输出端与光学耦合器一的输入端光纤连接；电控光衰减器电学输入端与控制器一的输出端电缆连接；光学耦合器一中输出端的1％端口与光电探测器一输入端光纤连接，光学耦合器一中输出端的99％端口与隔离器一输入端光纤连接；光电探测器一输出端与控制器一电缆连接； [0007] 所述隔离器一与波分复用器一的1550nm端口光纤连接，而波分复用器一的980nm端口与980nm泵浦源一光纤连接；波分复用器一双波长共用端口与掺铒光纤一、配合型滤波器、掺铒光纤二、波分复用器二的1550nm端口依次光纤连接；波分复用器二的980nm端口与980nm泵浦源二光纤连接.波分复用器二双波长共用端口与隔离器二的输出端光纤连接；隔离器二的输出端和光学耦合器二中输入端光纤连接；而光学耦合器二中输出端的1％端口与光电探测器二光纤连接，光学耦合器二中输出端的99％端口作为放大器输出端口；光电探测器二的输出端与控制器二连接，而控制器二与980nm泵浦源一和980nm泵浦源二电缆连接； [0008] 金属保护盒一和金属保护盒二分别包裹掺铒光纤一和掺铒光纤二,防止辐照影响光纤增益系数及噪声系数。 [0009] 本发明的有益效果是： [0010] 1)面向大范围随机输入功率的自适应调控：本发明基于电控光衰减器、光纤耦合器、光电探测器和控制器完成输入光功率自适应调控，可以面对大范围随机输入功率。 [0011] 2)航天抗辐照性：采用航天抗辐照光纤同时在外部增加金属保护盒，可以有效抵挡高能粒子的损伤。 [0013] 图1为本发明面向随机大输入功率范围的多通道均衡航天光前置放大器结构示意图。 具体实施方式[0014] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。 [0015] 如图1所示，本发明面向随机大输入功率范围的多通道均衡航天光前置放大器，其包括：电控光衰减器1、光学耦合器一2、光电探测器一3、控制器一4、隔离器一5、波分复用器一6、980nm泵浦源一7、掺铒光纤一8、金属保护盒一9、配合型滤波器10、掺铒光纤二11、波分复用器二12、980nm泵浦源二13、控制器二14、金属保护盒二15、隔离器二16、光学耦合器二17和光电探测器二18。 [0016] 电控光衰减器1的光学输入端为放大器输入端口，其光学输出端与光学耦合器一2的输入端光纤连接。电控光衰减器1电学输入端与控制器一4的输出端电缆连接。光学耦合器一2中输出端的1％端口与光电探测器一3输入端光纤连接，光学耦合器一2中输出端的99％端口与隔离器一5输入端光纤连接。光电探测器一3输出端与控制器一4电缆连接。 [0017] 隔离器一5与波分复用器一6的1550nm端口光纤连接，而波分复用器一6的980nm端口与980nm泵浦源一7光纤连接。波分复用器一6双波长共用端口与掺铒光纤一8、配合型滤波器10、掺铒光纤二11、波分复用器二12的1550nm端口依次光纤连接。波分复用器二12的980nm端口与980nm泵浦源二13光纤连接.波分复用器二12双波长共用端口与隔离器二16的输出端光纤连接。隔离器二16的输出端和光学耦合器二17中输入端光纤连接。而光学耦合器二17中输出端的1％端口与光电探测器二18光纤连接，光学耦合器二17中输出端的99％端口作为放大器输出端口。光电探测器二18的输出端与控制器二14连接，而控制器二14与 980nm泵浦源一7和980nm泵浦源二13电缆连接。金属保护盒一9和金属保护盒二15分别包裹掺铒光纤一8和掺铒光纤二11,防止辐照影响光纤增益系数及噪声系数。所述电控光衰减器，可通过电信号控制器件，改变光信号的幅值。 [0019] 所述掺铒光纤一8和掺铒光纤二11为抗辐照掺铒光纤，能够有效降低恶劣太空环境中的高能离子辐射对光器件的影响，进而确保太空光器件的安全及寿命。 [0020] 所述配合型滤波器10为宽范围波长(C波段)的平坦滤波器，用于过滤增益谱，使得平坦度为±1dB。为了保证多通道均衡平坦，通过测试多路激光器的发射波长及功率，研制滤波形状和激光器输出相匹配的滤波器。 [0021] 所述控制器一4和控制器二14可根据反馈光功率的对光衰减器和泵浦源进行控制。 [0022] 所述光电探测器一3和光电探测器二18为高灵敏度也PIN管，接收测量1％反馈光功率。 [0024] 本发明面向随机大输入功率范围的多通道均衡航天光前置放大器的工作流程： [0025] 如图1所示，抖动的微弱光信号进入电控光衰减器1进行闭环控制保证输出光功率相对稳定。闭环控制过程为电控光衰减器1的输出光信号经过光学耦合器一2分光1％给光电探测器一3进行光电转换，电信号经过控制器一4计算分析输出光信号功率值，如果光功率值没达到设计值，控制器一4产生控制信号控制电控衰减器1的光信号衰减值，经过多次闭环控制循环保证光功率相对稳定。 [0026] 稳定光信号经由光学耦合器一2的99％端口经过隔离器一5输出，隔离器一5用于隔离放大器反向增益谱及泵浦光。980nm泵浦源一7和980nm泵浦源二13分别通过波分复用器一6和波分复用器二12泵浦掺铒光纤一8和掺铒光纤二11产生光信号增益，增益经过配合型滤波器10整形得到滤波后的增益谱。而由隔离器一5输出的微弱光信号经过光信号增益放大得到放大后的光信号。光信号经由隔离器二16和光学耦合器二17，隔离器二16用于防止后端返回的光，而光学耦合器二17用于监测输出光功率的数值和稳定性。其中放大后的光信号一部分光经过光学耦合器二17的99％端口输出，而另一部分光由1％端口输出给光电探测器二18探测。经过控制器二14计算分析输出光信号功率值，如果光功率值没达到设计值，控制器二14产生控制信号控制980nm泵浦源一7和980nm泵浦源二13输出泵浦功率的大小，从而对放大的光信号值进行控制。 |
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