[发明专利]全光纤多波长星载激光高度计的发射源

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤激光器及放大器，特别是一种全光纤多波长星载激光高度计的发射源。

背景技术

目前星载测高中多采用高峰值功率、窄脉冲的激光器作为测量光源，依靠测量脉冲飞行时间来直接获取距离信息，这种系统要求激光的峰值功率达到几十兆瓦级，重复频率只能到几十赫兹，地表分辨率只有几百米，达不到高精度测绘的要求（地表分辨率小于20米，测高精度小于15厘米），为此提出了基于伪随机码调制和光子计数的星载测高计原理。经伪随机码调制的激光器发送一列经伪随机码调制的脉冲串，在通过增加码元数目（即脉冲序列长度）提高信噪比的同时也带来了更多的噪声；此外尽管单光子计数技术具有很高的探测灵敏度，但是需要经过多次平均才能够保证足够大的信噪比，即必须解决光子累积的问题。目前多通过提高激光发射重复频率的手段来达到光子的累积，但从星载角度来看，为了克服距离模糊，需要降低激光脉冲发射重复频率，二者之间出现矛盾。

在激光发射源方面，近几年光纤激光器由于具有结构紧凑、稳定性高，光束质量好、效率高等优点正逐渐被广泛重视，成为热点，国外已经研发出全光纤的激光发射源，大多采用种子源振荡-放大（Master-Oscillator Power-Amplifier, 以下简称为MOPA）的系统，一般采用三级放大结构，不过主要是采用连续的工作方式，且仅针对特定的某个波长进行放大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种多波长星载激光高度计的发射源，该发射源用同时发射多个波长的方法来实现星载高度计中接收回波光子能量的累积，从而在不增加激光脉冲发射重复频率的基础上解决了基于光子数的星载测高中的能量累积和距离模糊间的矛盾，提高星载探测的信噪比。该发射源具有小型化、全光纤、重复频率和调制码型可调、同时放大几个波长和调制速率快的特点。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种全光纤多波长星载激光高度计的发射源，包括种子光系统和光纤放大系统，其特点在于：所述的种子光系统是由在所述的光纤放大系统掺杂离子增益谱宽之内的多个输出不同波长的种子光源、编码调制器、合束器和输出光纤构成，所述的光纤放大系统为全光纤多级级联放大结构。

所述的种子光系统由第一种子光源、第二种子光源、保偏合束器和电光调制器构成，所述的电光调制器在带偏置控制器的稳压电源、信号发生器和微波放大器的共同作用下工作，所述的带偏置控制器的稳压电源确保调制器工作在避免信号的失真最佳偏置点，所述的电光调制器为铌酸锂马赫-曾德电光调制器。

所述的种子光系统是信号发生器、第一种子光源、第二种子光源、合束器由光纤连接构成，所述的信号发生器产生按伪随机码变化的电流加载于第一种子光源、第二种子光源上，输出的种子光通过所述的合束器耦合进所述的输出光纤输出。

所述的第一种子光源、第二种子光源是线偏振的、尾纤输出的分布反馈式激光二极管。

所述的光纤放大系统为全光纤三级级联放大结构，第一级由波分复用器、第一泵浦源、第一放大光纤、第一光纤隔离器和第一光纤滤波器依次相连构成；第二级由第一光纤合束器、第二泵浦源、第二放大光纤、第二光纤隔离器和第二光纤滤波器构成；第三级由第二光纤合束器、第三泵浦源、第三放大光纤依次相连构成。

所述的第一放大光纤、第二放大光纤和第三放大光纤是Er³⁺、Yb³⁺离子掺杂的光纤。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、采用多波长同时放大，可以增加放大过程中泵浦能量的提取效率、降低ASE、增加激光谱线宽度、降低非线性效应。

2、充分利用Er³⁺、Yb³⁺等掺杂离子较宽的吸收增益带宽对几个波长的种子光同时实现放大。如目前采用的掺铒光纤放大器的可用增益带宽为1530～1565nm，20～40nm的增益带宽可以满足4～32路信道的波分复用系统，即等效于将系统重复频率提高4～32倍。

3、利用电光调制器具有的调制速率快（适合采用高速伪随机码调制）、性能的波长依赖性很小（即可调带宽宽，适合于同时对多个不同的波长进行放大）、光损耗较低、电光系数高、适用于多种码型等优点，提高测高精度。

4、全光纤结构，有效的解决了空间应用的功耗和热控方面的问题。

总之，本发明发射源具有小型化、全光纤、重复频率和调制码型可调、同时放大几个波长和调制速率快的特点，可用于基于光子计数的星载高度计的发射源，以克服距离模糊和实现光子能量累积的矛盾。

附图说明