CN108879312A - 阳光泵浦光纤激光放大系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种阳光泵浦光纤激光放大系统，包含阳光汇聚组件、信号光纤(4)以及组合光纤泵浦腔(5)；所述阳光汇聚组件包含泵浦光纤(3)，所述组合光纤泵浦腔(5)由设置的外包层(6)中的轴向开孔形成；泵浦光纤(3)包含泵浦芯(8)，信号光纤(4)包含增益芯(7)，泵浦芯(8)与增益芯(7)均沿轴向方向延伸至组合光纤泵浦腔(5)中。本发明将光纤激光技术结合空间阳光泵浦技术，可有效提高激光放大系统的激光输出功率，提高系统工作效率，同时降低系统损耗。

Description

阳光泵浦光纤激光放大系统
技术领域
本发明涉及航空航天领域、通信领域，具体地，涉及一种阳光泵浦光纤激光放大系统，特别是一种空间阳光泵浦光纤激光放大系统。
背景技术
包括卫星激光通信在内的多种空间激光应用都对空间激光器技术及激光放大技术提出了大功率、长寿命、高稳定性的使用要求。相比于传统的半导体激光技术、固体激光技术等，光纤激光放大技术具有转换效率高、吸收泵浦光能力强、工作带宽大等优点，可为未来众多空间激光应用提供有效支持和可靠技术保障。光纤激光放大技术能够提供更小的系统体积与更高的有效性，是未来空间激光放大技术的重点发展方向。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空间阳光泵浦光纤激光放大系统。
根据本发明提供的阳光泵浦光纤激光放大系统，包含阳光汇聚组件、信号光纤以及组合光纤泵浦腔；
所述阳光汇聚组件包含泵浦光纤，所述组合光纤泵浦腔由设置的外包层中的轴向开孔形成；
泵浦光纤包含泵浦芯，信号光纤包含增益芯，泵浦芯与增益芯均沿轴向方向延伸至组合光纤泵浦腔中。
优选地，所述阳光汇聚组件还包含聚光镜与拉锥光纤头，聚光镜、拉锥光纤头、泵浦光纤依次连接；
一个或多个阳光汇聚组件中的泵浦芯汇合至组合光纤泵浦腔中。
优选地，沿组合光纤泵浦腔横截面方向上，多个泵浦芯沿周向方向布置在增益芯上。
优选地，所述增益芯包含增益区与常规区；
增益区、常规区在沿径向远离轴线的方向上依次布置。
优选地，所述增益区中掺有稀土离子。
优选地，聚光镜包含凸透镜，凸透镜半径为8mm，焦距为12cm，焦平面有效光斑大小为2mm。
优选地，所述拉锥光纤头截面半径为1.23mm，泵浦芯的芯径为0.2mm。
优选地，包含四个泵浦芯沿周向方向均布在增益芯上。
优选地，所述组合光纤泵浦腔内为真空环境。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将光纤激光技术结合空间阳光泵浦技术，可有效提高激光放大系统的激光输出功率，提高系统工作效率，同时降低系统损耗。
2、本发明利用太阳光直接泵浦光纤激光放大工作物质，实现1064nm激光的高效放大和应用。
3、本发明具有泵浦代价低，工作效率高，系统损耗小，接口通用性好等优点，是解决空间激光通信等应用中大功率高质量激光生成困难的有效手段。
4、本发明具有扩展性好，通信容量大等优势。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的阳光泵浦光纤激光放大系统的框图；
图2为组合光纤泵浦腔横截面示意图；
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供的阳光泵浦光纤激光放大系统，包含阳光汇聚组件、信号光纤4以及组合光纤泵浦腔5。所述阳光汇聚组件包含泵浦光纤3，所述组合光纤泵浦腔5由设置的外包层6中的轴向开孔形成，泵浦光纤3包含泵浦芯8，信号光纤4包含增益芯7，泵浦芯8与增益芯7均沿轴向方向延伸至组合光纤泵浦腔5中。所述组合光纤泵浦腔5内为真空环境。
所述阳光汇聚组件还包含聚光镜1与拉锥光纤头2，聚光镜1、拉锥光纤头2、泵浦光纤3依次连接，一个或多个阳光汇聚组件中的泵浦芯8汇合至组合光纤泵浦腔5中。如图2所示，沿组合光纤泵浦腔5横截面方向上，多个泵浦芯8沿周向方向布置在增益芯7上。所述增益芯7包含增益区与常规区，增益区、常规区在沿径向远离轴线的方向上依次布置。所述增益区掺有稀土离子。
本发明提供的阳光泵浦光纤激光放大系统的工作过程如下：
步骤一，如图1所示，聚光镜1将聚集的阳光辐射传递到拉锥光纤头2端，经过聚焦后的阳光由拉锥光纤头2高效聚焦到泵浦光纤3内，四路泵浦光纤3与一路信号光纤4汇聚进入组合光纤泵浦腔5。
步骤二，如图2所示，组合光纤泵浦腔为一条组合光纤形式，其内部由四条来自于泵浦光纤3的泵浦芯8和一条来自于信号光纤4的增益芯7组成。以上四条泵浦芯8和一条增益芯7同处于一个外包层6之内；泵浦芯8半径为r1，增益芯7半径为r2，增益芯7中心存在半径为r3(r3<r2)的掺有稀土离子的增益区。从泵浦芯8耦合到增益芯7中的泵浦光会被稀土离子逐步吸收，并转换为1064nm波长的激光，从而实现信号激光的放大。
优选实施方式：
聚光镜1包含凸透镜，凸透镜半径为8mm，焦距为12cm，焦平面有效光斑大小为2mm。所述拉锥光纤头2截面半径为1.23mm，泵浦芯8的芯径为0.2mm。采用2m长的泵浦光纤3传输损耗低于2％，传输到组合光纤泵浦腔5的有效泵浦光超过70W，方案简易可行。
充分利用组合光纤泵浦腔5内部结构，实现一种空间光纤激光放大系统的复合光纤增益结构，增益芯7外表面环绕四个泵浦芯8，使增益芯7充分吸收泵浦芯8中的泵浦光功率，利用掺镱二氧化硅光纤作为工作物质，利用其主要吸收谱段为阳光谱段中的850nm～1050nm谱段作为泵浦光源，泵浦效率可达到20％，可实现最高10W激光输出，满足高轨卫星激光通信单载波传输需求。
采用组合光纤泵浦腔5的结构，能够有效规避由于空气导入外包层6带来的泵浦光吸收损耗，由于外包层6在空间环境中为真空环境，避免了空气对泵浦光的折射损耗，可将有效吸收效率从原有的50％提高到70％以上。
本发明利用太阳光直接光光转换提供作为光纤激光放大器的泵浦源，泵浦并放大1064nm的激光信号；利用空间高效聚光系统、高效汇聚耦合系统，通过柔性光纤传导泵浦光偏振复用、调制器阵列系统、波分复用系统实现多载波的多制式信息调制，提高多载波的使用效能，为多用户信息发送和接收提供实现基础；利用新型的光学相控阵天线技术对多用户多载波激光束进行天基建链，并具有扩展性好，通信容量大等优势。这种基于阳光泵浦的空间光纤激光放大系统可以应用于高、中、低轨各类空间飞行器和探测器中的激光通信系统，也可以应用于具有类似要求的其他类型激光应用。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，包含阳光汇聚组件、信号光纤(4)以及组合光纤泵浦腔(5)；
所述阳光汇聚组件包含泵浦光纤(3)，所述组合光纤泵浦腔(5)由设置的外包层(6)中的轴向开孔形成；
泵浦光纤(3)包含泵浦芯(8)，信号光纤(4)包含增益芯(7)，泵浦芯(8)与增益芯(7)均沿轴向方向延伸至组合光纤泵浦腔(5)中。
2.根据权利要求1所述的阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，所述阳光汇聚组件还包含聚光镜(1)与拉锥光纤头(2)，聚光镜(1)、拉锥光纤头(2)、泵浦光纤(3)依次连接；
一个或多个阳光汇聚组件中的泵浦芯(8)汇合至组合光纤泵浦腔(5)中。
3.根据权利要求1所述的阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，沿组合光纤泵浦腔(5)横截面方向上，多个泵浦芯(8)沿周向方向布置在增益芯(7)上。
4.根据权利要求1所述的阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，所述增益芯(7)包含增益区与常规区；
增益区、常规区在沿径向远离轴线的方向上依次布置。
5.根据权利要求4所述的阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，所述增益区中掺有稀土离子。
6.根据权利要求2所述的阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，聚光镜(1)包含凸透镜，凸透镜半径为8mm，焦距为12cm，焦平面有效光斑大小为2mm。
7.根据权利要求2所述的阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，所述拉锥光纤头(2)截面半径为1.23mm，泵浦芯(8)的芯径为0.2mm。
8.根据权利要求3所述的阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，包含四个泵浦芯(8)沿周向方向均布在增益芯(7)上。
9.根据权利要求1所述的阳光泵浦光纤激光放大系统，其特征在于，所述组合光纤泵浦腔(5)内为真空环境。
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