一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411451671.X | 申请日 | 2024-10-17 |
| 公开(公告)号 | CN119544060A | 公开(公告)日 | 2025-02-28 |
| 申请人 | 山东中科际联光电集成技术研究院有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 齐亮; 刘婷婷; 王艳娟; 李园园; 陈景昌; 刘书龙; | 第一发明人 | 齐亮 |
| 权利人 | 山东中科际联光电集成技术研究院有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 山东中科际联光电集成技术研究院有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：山东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：山东省淄博市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：山东省淄博市高新区中润大道158号MEMS产业园区9号楼 | 邮编 | 当前专利权人邮编：255086 |
| 主IPC国际分类 | H04B10/118 | 所有IPC国际分类 | H04B10/118 ; H04B10/291 ; H04B10/293 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 青岛发思特专利商标代理有限公司 | 专利代理人 | 孙佩佩; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤 放大器 ，属于卫星空间光通信技术领域；包括互为备份的第一输入端和第二输入端；光纤 耦合器 、输入光隔离器；第一级光纤放大部分：依次排列的第一级镱离子光纤、第一级 泵 浦光耦合器、第一级输出隔离器和第一级光纤耦合器；第二级光纤放大部分：依次排列的第二级泵浦光耦合器、第二级镱离子光纤、第二级输出隔离器和第二级光纤耦合器；第三级光纤放大部分：依次排列的第三级泵浦光耦合器、第三级镱离子光纤和泵浦光滤除器，所述第三级镱离子光纤上安装有空间光耦合器。具备高可靠性、长寿命、抗辐照等特点，在满足低功率输入 信号 光的同时，输出5W以上信号功率。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器技术领域[0001] 本发明涉及一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器，属于卫星空间光通信技术领域。 背景技术[0002] 卫星星座的不断发展和组网需求，促进了卫星空间光通信技术的研究和应用。随着深空探测任务的增多，地球与深空探测器之间的通信距离极远，信号衰减严重，空间光通信凭借其高方向性和高能量集中度，可以在长距离传输中保持较好的性能。 [0004] 卫星空间光通信用光纤放大器全生命周期内处于真空低气压、高能粒子辐照的环境中，同时光纤放大器的热耗全部通过底面耦合进卫星热沉，由于低轨卫星每90分钟绕地球一圈，导致卫星热沉温度每90分钟一次循环。根据不同轨道，环境恶劣时，卫星热沉温度差会达到60℃。 [0006] 例如中国专利公告号CN210296856U，公开了一种单频单模单偏振的光纤激光放大器和激光系统，该光纤激光放大器包括种子源激光器、第一级放大结构、保偏模匹器、隔离滤波结构、第二级放大结构和输出端。第一级放大结构用于将种子源激光器发射的激光进行单级双程增益放大。保偏模匹器用于将第一级放大结构放大后的激光导入至隔离滤波结构，对激光进行隔离和滤波。第二级放大结构包括第一增益光纤，第一增益光纤呈U型并连接隔离滤波结构和输出端，第二级放大结构用于对隔离滤波结构输出的激光进行单程增益放大。但是，仍然不满足在以上工作环境的基础上，卫星空间光通信用光纤放大器需要在满足低功率(‑8dBm)输入信号光的同时，输出5W以上信号功率。 [0007] 因此，为了满足卫星空间光通信的指标及工作环境要求，需要提出一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器。 发明内容[0008] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器，用于卫星空间光通信，具备高可靠性、长寿命、抗辐照等特点，在满足低功率(‑8dBm)输入信号光的同时，输出5W以上信号功率。 [0009] 本发明所述的一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器，包括： [0010] 输入部分：包括互为备份的第一输入端和第二输入端；光纤耦合器、输入光隔离器； [0011] 第一级光纤放大部分：包括依次排列的第一级镱离子光纤、第一级泵浦光耦合器、第一级输出隔离器和第一级光纤耦合器； [0012] 第二级光纤放大部分：包括依次排列的第二级泵浦光耦合器、第二级镱离子光纤、第二级输出隔离器和第二级光纤耦合器； [0013] 第三级光纤放大部分：包括依次排列的第三级泵浦光耦合器、第三级镱离子光纤和泵浦光滤除器，所述第三级镱离子光纤上安装有空间光耦合器。 [0014] 通过第一级镱离子光纤实现对低输入光信号的高增益放大，通过第二级镱离子光纤及第三级镱离子光纤实现功率放大，满足卫星空间光通信所需功率，通过第一级泵浦光耦合器、第二级泵浦光耦合器及第三级泵浦光耦合器的泵浦激光器备份、光电探测器备份增加光纤放大器的无故障工作时长，通过第一级光纤耦合器及第二级光纤耦合器返回光监测保护前级光放光纤器件，最终大大提升了光纤放大器的长寿命可靠度。 [0015] 优选的，所述第一级泵浦光耦合器连接有保偏合束器，所述保偏合束器连接有两支泵浦激光器，两支泵浦激光器输出的泵浦光通过保偏合束器耦合进一根光纤，再由第一级泵浦光耦合器耦合进第一级镱离子光纤。 [0016] 第一级泵浦光耦合器与保偏合束器相连，保偏合束器与两支泵浦激光器相连，实现泵浦激光器的备份。 [0017] 优选的，所述第一级镱离子光纤为抗辐照光纤。 [0018] 优选的，所述第一级输出隔离器的输出端输出功率监测、返回光监测通过2*2第一级光纤耦合器实现，2*2第一级光纤耦合器的监测端连接有1*2第一级光纤耦合器一、第一级光纤耦合器二，第一级光纤耦合器一、第一级光纤耦合器二的两个输出端分别连接有第一级光电探测器一、第一级光电探测器二和第一级光电探测器三、第一级光电探测器四，第一级光电探测器一与第一级光电探测器二、第一级光电探测器三与第一级光电探测器四分别互为备份。 [0019] 在此，第一级光纤耦合器的分光比为1:99，第一级光纤耦合器一、第一级光纤耦合器二的分光比为50:50。 [0020] 优选的，所述第二级泵浦光耦合器连接有两个泵浦激光器，两个泵浦激光器互为备份。两个泵浦激光器为多模915nm泵浦激光器。 [0021] 优选的，所述第二级输出隔离器的输出端输出功率监测、返回光监测通过2*2第二级光纤耦合器实现，2*2第二级光纤耦合器的监测端连接有1*2第二级光纤耦合器一、第二级光纤耦合器二，第二级光纤耦合器一、第二级光纤耦合器二的两个输出端分别连接有第二级光电探测器一、第二级光电探测器二和第二级光电探测器三、第二级光电探测器四，第二级光电探测器一与第二级光电探测器二、第二级光电探测器三与第二级光电探测器四分别互为备份。 [0022] 优选的，所述第二级镱离子光纤为抗辐照双包层光纤。 [0023] 优选的，所述第三级泵浦光耦合器连接有六个泵浦激光器，六个泵浦激光器中三个一组分为两组，两组泵浦激光器互为备份。六个泵浦激光器为多模915nm泵浦激光器。 [0024] 优选的，所述第三级镱离子光纤为双包层光纤，纤芯直径10μm，包层直径125μm。 [0025] 优选的，所述空间光耦合器安装在第三级镱离子光纤上，空间光耦合器上安装有两个光电探测器，两个光电探测器监测第三级镱离子光纤芯光亮度并互为备份。 [0026] 进一步，通过光电探测器备份增加光纤放大器的无故障工作时长。 [0027] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0028] 本发明提供的一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器通过第一级镱离子光纤实现对低输入光信号的高增益放大，通过第二、三级镱离子光纤实现功率放大，满足卫星空间光通信所需功率，通过泵浦激光器备份、光电探测器备份增加光纤放大器的无故障工作时长，通过返回光监测保护前级光放光纤器件，最终大大提升了光纤放大器的长寿命可靠度。附图说明 [0029] 图1为本发明所述一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器的结构示意图。 [0030] 其中：1、第一输入端；2、第二输入端；3、光纤耦合器；4、输入光隔离器；5、第一级镱离子光纤；6、第一级泵浦光耦合器；61、保偏合束器；611、第一级泵浦激光器一；612、第一级泵浦激光器二；7、第一级输出隔离器；8、第一级光纤耦合器；81、第一级光纤耦合器一；82、第一级光纤耦合器二；811、第一级光电探测器一；812、第一级光电探测器二；821、第一级光电探测器三；822、第一级光电探测器四；9、第二级泵浦光耦合器；91、第二级泵浦激光器一；92、第二级泵浦激光器二；10、第二级镱离子光纤；11、第二级输出隔离器；12、第二级光纤耦合器；121、第二级光纤耦合器一；122、第二级光纤耦合器二；1211、第二级光电探测器一； 1212、第二级光电探测器二；1221、第二级光电探测器三；1222、第二级光电探测器四；13、第三级泵浦光耦合器；131、第三级泵浦激光器一；132、第三级泵浦激光器二；133、第三级泵浦激光器三；134、第三级泵浦激光器四；135、第三级泵浦激光器五；136、第三级泵浦激光器六；14、第三级镱离子光纤；15、泵浦光滤除器；16、空间光耦合器；161、光电探测器一；162、光电探测器二。 具体实施方式[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。 [0032] 实施例1 [0033] 如图1所示，本实施例1公开了一种用于卫星空间光通信的1064nm光纤放大器，包括： [0034] 输入部分：包括互为备份的第一输入端1和第二输入端2；光纤耦合器3、输入光隔离器4； [0035] 第一级光纤放大部分：依次排列的第一级镱离子光纤5、第一级泵浦光耦合器6、第一级输出隔离器7和第一级光纤耦合器8； [0036] 第二级光纤放大部分：依次排列的第二级泵浦光耦合器9、第二级镱离子光纤10、第二级输出隔离器11和第二级光纤耦合器12； [0037] 第三级光纤放大部分：依次排列的第三级泵浦光耦合器13、第三级镱离子光纤14和泵浦光滤除器15，所述第三级镱离子光纤14上安装有空间光耦合器16。 [0038] 通过第一级镱离子光纤5实现对低输入光信号的高增益放大，通过第二级镱离子光纤10及第三级镱离子光纤14实现功率放大，满足卫星空间光通信所需功率，通过第一级泵浦光耦合器6、第二级泵浦光耦合器9及第三级泵浦光耦合器13的泵浦激光器备份、光电探测器备份增加光纤放大器的无故障工作时长，通过第一级光纤耦合器8及第二级光纤耦合器12返回光监测保护前级光放光纤器件，最终大大提升了光纤放大器的长寿命可靠度。 [0039] 所述第一级泵浦光耦合器6连接有保偏合束器61，所述保偏合束器61连接有两支泵浦激光器，两支泵浦激光器输出的泵浦光通过保偏合束器61耦合进一根光纤，再由第一级泵浦光耦合器6耦合进第一级镱离子光纤5。 [0040] 在此，两支泵浦激光器分别为第一级泵浦激光器一611和第一级泵浦激光器二612。保偏合束器61与两支第一级泵浦激光器一611、第一级泵浦激光器二612相连，实现泵浦激光器的备份。第一级泵浦激光器一611、第一级泵浦激光器二612输出的泵浦光通过保偏合束器61耦合进一根光纤，再由第一级泵浦光耦合器6耦合进第一级镱离子光纤5。 [0041] 具体的，第一级泵浦激光器一611、第一级泵浦激光器二612为宽温保偏980nm泵浦激光器。 [0042] 所述第一级镱离子光纤5为抗辐照光纤。 [0043] 所述第一级输出隔离器7的输出端输出功率监测、返回光监测通过2*2第一级光纤耦合器8实现，2*2第一级光纤耦合器8的监测端连接有1*2第一级光纤耦合器一81、第一级光纤耦合器二82，第一级光纤耦合器一81、第一级光纤耦合器二82的两个输出端分别连接有第一级光电探测器一811、第一级光电探测器二812和第一级光电探测器三821、第一级光电探测器四822，第一级光电探测器一811与第一级光电探测器二812、第一级光电探测器三821与第一级光电探测器四822分别互为备份。 [0044] 在此，第一级光纤耦合器8的分光比为1:99，第一级光纤耦合器一81、第一级光纤耦合器二82的分光比为50:50。 [0045] 所述第二级泵浦光耦合器9连接有两个泵浦激光器，两个泵浦激光器互为备份。两个泵浦激光器为多模915nm泵浦激光器。 [0046] 在此，两个泵浦激光器分别为第二级泵浦激光器一91和第二级泵浦激光器二92。第二级泵浦光耦合器9与第二级泵浦激光器一91、第二级泵浦激光器二92连接，将泵浦激光耦合进第二级镱离子光纤10。 [0047] 所述第二级输出隔离器11的输出端输出功率监测、返回光监测通过2*2第二级光纤耦合器12实现，2*2第二级光纤耦合器12的监测端连接有1*2第二级光纤耦合器一121、第二级光纤耦合器二122，第二级光纤耦合器一121、第二级光纤耦合器二122的两个输出端分别连接有第二级光电探测器一1211、第二级光电探测器二1212和第二级光电探测器三1221、第二级光电探测器四1222，第二级光电探测器一1211与第二级光电探测器二1212、第二级光电探测器三1221与第二级光电探测器四1222分别互为备份。 [0048] 所述第二级镱离子光纤10为抗辐照双包层光纤。 [0049] 所述第三级泵浦光耦合器13连接有六个泵浦激光器，六个泵浦激光器中三个一组分为两组，两组泵浦激光器互为备份。六个泵浦激光器为多模915nm泵浦激光器。 [0050] 在此，六个泵浦激光器分别为第三级泵浦激光器一131、第三级泵浦激光器二132、第三级泵浦激光器三133、第三级泵浦激光器四134、第三级泵浦激光器五135、第三级泵浦激光器六136。第三级泵浦光耦合器13与六个泵浦激光器(第三级泵浦激光器一131、第三级泵浦激光器二132、第三级泵浦激光器三133、第三级泵浦激光器四134、第三级泵浦激光器五135、第三级泵浦激光器六136)连接，将泵浦激光耦合进第三级镱离子光纤14。六个泵浦激光器中三个一组分为两组，第三级泵浦激光器一131、第三级泵浦激光器二132、第三级泵浦激光器三133为一组，第三级泵浦激光器四134、第三级泵浦激光器五135、第三级泵浦激光器六136为另一组，互为备份。 [0051] 所述第三级镱离子光纤14为双包层光纤，纤芯直径10μm，包层直径125μm。 [0052] 泵浦光滤除器15通过对第三级镱离子光纤14包层进行微结构加工处理制备，设置在第三级镱离子光纤14上。 [0053] 所述空间光耦合器16安装在第三级镱离子光纤14上，空间光耦合器16上安装有两个光电探测器，两个光电探测器监测第三级镱离子光纤14纤芯光亮度并互为备份。 [0054] 在此，两个光电探测器分别为光电探测器一161、光电探测器二162，两个光电探测器一161、光电探测器二162监测第三级镱离子光纤14纤芯光亮度，互为备份。 [0055] 在空间布局时，第二级泵浦激光器一91、第二级泵浦激光器二92视作一体，第三级泵浦激光器一131、第三级泵浦激光器四134视作一体，第三级泵浦激光器二132、第三级泵浦激光器五135视作一体，第三级泵浦激光器三133、第三级泵浦激光器六136视作一体，四组均匀分布于底面。 [0056] 第二级镱离子光纤10和第三级镱离子光纤14通过导热胶贴合在光放底面。 [0057] 所用光纤器件均为经过辐照和真空验证过的工业级器件。 [0058] 为更清楚解释本发明的技术方案，以下结合其工作过程进行详细说明： [0059] 关于第一级放大，为了满足输入光功率可以低至‑8dBm，第一级镱离子光纤5使用6米，提供至少25dB的增益。第一级泵浦激光器一611、第一级泵浦激光器二612额定工作电流1A，输出光功率600mW；根据降额要求，第一级泵浦激光器一611和第一级泵浦激光器二612在工作时，工作电流为500mW。第一级泵浦光耦合器6的980nm通道对1064nm波长的隔离度≥ 20dB。保偏合束器61对1064nm波长的隔离器≥20dB。 [0060] 关于第二级放大，第二级镱离子光纤10纤芯直径10μm，长度8米。第二级泵浦激光器一91、第二级泵浦激光器二92为10W、915nm多模泵浦激光器。第二级输出隔离器11额定工作功率3W。 [0061] 关于第三级放大，第三级镱离子光纤10纤芯直径10μm，长度4米。第三级泵浦光耦合器13为(6+1)*1泵浦信号合束器，具备正向泵浦和反向泵浦的能力。用飞秒激光在第三级镱离子光纤10的包层加工出微结构，制作泵浦光滤除器15。 [0063] 需要说明的是，本发明中的光纤器件可以是保偏光纤器件，也可以是非保偏光纤器件，分别对应保偏光纤放大器和非保偏光纤放大器。 [0064] 上述实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。 |
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