[发明专利]一种基于多重自补偿效应的平坦谱抗辐照掺铒光纤光源

说明书

本发明公开了一种基于多重自补偿效应的平坦谱抗辐照掺铒光纤光源。光源增益介质是一种特殊设计的具有较低截止波长的掺铒光子晶体光纤，在980nm泵浦光作用下由铒离子泵浦能态上转换效应产生的540nm波段绿色超荧光和540nm激光器发出的短波长褪色光可同时在光纤纤芯中传播。540nm波段光具有较高的褪色效率，从而极大降低了掺铒光子晶体光纤的辐照损耗。利用掺铒光子晶体光纤本征荧光谱，结合“平坦谱光谱滤波”和“泵浦光功率闭环反馈控制”技术设计出适合空间辐照环境应用的掺铒光子晶体光纤光源。该光源结构简单、抗辐照特性优异，且具有较小的相对强度噪声特性，对高精度光纤陀螺的空间应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种宽谱光纤光源，更特别是一种基于多重自补偿效应的平坦谱抗辐照掺铒光纤光源。

背景技术

作为一种有源光纤器件的增益和传输介质，掺铒光纤已经广泛的应用于陆地和海底长线或者高分布式通信系统。随着空间技术的不断发展，基于掺铒光纤的有源器件在空间的应用潜力已受到人们越来越多的关注。但太空充满宇宙射线的特殊环境必须引起人们重视。研究表明，在采用特殊的工艺技术时，泵浦激光器、普通光纤器件和器件尾纤已经具备较好的抗辐照能力，而掺铒光纤作为有源光纤器件的增益和传输介质，与普通光纤不同，除了掺Ge外，还根据需要掺杂了较高浓度的Al、Er和P等离子，这种材料结构使得掺铒光纤对辐照具有很高的敏感度。辐照射线能改变掺铒光纤的工作特性，甚至使之失效，这会对掺铒光纤光源与系统的可靠性和寿命造成严重影响，因此对掺铒光纤光源的防护技术的研究是空间应用必须解决的一项重要课题。

目前对掺铒光纤光源抗辐照问题的解决大都采用被动防护的方法，没有从本质上探索解决其抗辐照问题。被动防护法虽然能通过加重金属屏蔽来提高掺铒光纤光源的抗辐射性能，但在空间应用中过多的质量增加是不允许的。

掺铒光纤中，辐照引起的损耗是由于色心的产生；色心是由材料中的带电结构缺陷以及本身的掺杂和不纯俘获高能射线电离的电子和空穴形成的，在热、光等作用下辐照产生的损伤会得到恢复，这一过程这被称为褪色效应。基于褪色效应的抗辐照技术主要有两种，一种是热褪色，另一种是光褪色。对于热褪色这种方法，需要加热到很高的温度(300℃)才能产生明显的褪色效应，而如此高的温度会对其它光学器件造成伤害，因此不适合空间应用。光褪色抗辐射技术具有方法简单、适用性强、褪色效率高的独特优点，对于空间应用而言，是一种具有广阔发展潜力的方法。

专利申请号CN 201110307869.7中公开了“一种抗辐射的宽谱光纤光源”，

980nm泵浦光经波分复用器耦合入掺铒光纤中，经铒离子的自发放大辐射后输出的混合光；混合光经第二波分复用器、反射镜后形成反射光；从第二波分复用器输出的残余980nm的泵浦光经980nm监控探测器转换成电压信号输出。该方法通过控制掺铒光纤中980nm泵浦光和光谱滤波技术实现宽谱光纤光源的抗辐射特性。然而，在高辐照剂量下，980nm波段泵浦光褪色效率有限，光源抗辐照性能劣化；另外，该光源输出谱宽较窄，增大了光纤陀螺系统的噪声特性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于多重自补偿效应的平坦谱抗辐照掺铒光纤光源；光路结构中掺铒光纤采用掺铒光子晶体光纤作为增益介质，该掺铒光子晶体光纤具有较低的截止波长，能保证由泵浦能态上转换效应产生的短波段绿色超荧光在所述掺铒光子晶体光纤纤芯中有效传输。同时，采用540nm波段激光器后向泵浦，大大增强了掺铒光子晶体光纤辐射条件下光褪色效应；最后，采用光纤本征荧光谱作为原始输出光谱，结合“光谱滤波技术”和“光功率闭环反馈控制技术”设计出适合高精度光纤陀螺空间辐照环境应用的掺铒光子晶体光纤光源。

本发明的技术方案是：

一种基于多重自补偿效应的平坦谱抗辐照掺铒光纤光源，包括980nm激光器、波分复用器、掺铒光子晶体光纤、啁啾光纤光栅、540nm激光器、增益平坦滤波器、光纤隔离器、集成探测器和驱动控制电路；