[发明专利]一种基于SOA的光纤陀螺用超低噪声宽谱光源

说明书

本发明一种基于SOA的光纤陀螺用超低噪声宽谱光源。该宽谱光源由一个双程后向结构掺铒光纤光源和SOA组成，包括980nm激光器、波分复用器、掺铒光纤、可调衰减器、法拉第旋转镜、光纤隔离器、半导体光放大器SOA。为获得最大限度的降噪效果，从两个方面进行优化设计：RIN(相对强度噪声)抑制和输出光谱展宽。一方面，精确调节SOA和泵浦激光器的注入电流使得SOA工作在“深度饱和状态”；另一方面，优化光路损耗系数使光源具有“最大输出谱宽”。与相同谱型掺铒光纤光源相比，该宽谱光源具有超低的相对强度噪声特性，结构简单、便于集成，对战略级高精度光纤陀螺的应用具有重要意义。

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SOA的光纤陀螺用超低噪声宽谱光源。

背景技术

随着高精度惯性导航和制导系统对光纤陀螺的要求越来越高，研制战略级高精度光纤陀螺具有重要的理论意义和军事意义。

在应用于高精度光纤陀螺系统的各种光源中，宽谱光源可以有效减小背向瑞散射、背向反射、偏振交叉耦合、克尔效应以及各种环境噪声所带来的系统相干误差，是高精度光纤陀螺的首选光源。然而，随着国内外对光纤陀螺研究的不断深入，宽谱光源的相对强度噪声成为限制高精度光纤陀螺最小检测灵敏度的主要原因。为了降低光源相对强度噪声对陀螺精度的影响，国内外学者提出RIN电路相减、RIN光路相减、谐振腔降噪和双光源提供干涉光等方法。虽然这些方法在一定程度上降低了光源相对强度噪声对陀螺的影响，然而复杂的电路和光路系统严重限制了这些方法在光纤陀螺中的实际应用。

SOA是一种半导体器件，快速发展于20世纪90年代末，随着量子阱、超晶格技术的发展，特别是应变量子阱技术的日趋成熟，人们对SOA进行了大量的研究工作，充分利用其体积小、非线性系数高、器件工艺成熟、能够实现光子集成等诸多优点，在基于SOA的很多领域取得了十分丰富的研究成果。研究表明，利用SOA的非线性使其工作在“深度饱和状态”，可以降低光源的相对强度噪声。然而，实际工程应用中发现，SOA在C波段表现出很大的增益不均。当宽谱光输入工作在“深度饱和状态”下的SOA，由于光载流子拍频作用，输出光谱表现为在长波段增益变大，在短波段增益减小。特别是将SOA应用在掺铒光纤光源的降噪过程中，这种增益不均的现象会直接影响光源谱宽，进而影响光源相对强度噪声特性。因此，实际应用过程中必须优化掺铒光纤光源的光学参数与SOA增益特性相匹配，以获得最大的降噪效果。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种基于SOA的光纤陀螺用超低噪声宽谱光源；该宽谱光源由一个双程后向结构掺铒光纤光源和SOA组成，为获得最大限度的降噪效果，从两个方面进行优化设计：RIN抑制和输出光谱展宽。

本发明的技术方案是：

一种基于SOA的光纤陀螺用超低噪声宽谱光源，包括泵浦激光器、波分复用器、掺铒光纤、可调衰减器、法拉第旋转镜、光纤隔离器、半导体光放大器SOA；泵浦激光器的尾纤与波分复用器的第一接头熔接；波分复用器的第二接头与光纤隔离器的第一接头熔接，波分复用器的第三接头与掺铒光纤的第一接头熔接；掺铒光纤的第二接头与可调衰减器的第一接头熔接，可调衰减器的第二接头与法拉第旋转镜的接头熔接；光纤隔离器的第二接头与半导体光放大器SOA的第一接头熔接，半导体光放大器SOA的第二接头为光输出端，用于输出稳定的低噪声宽谱光。

还包括对光源进行RIN抑制方面设计，具体设计方法如下：

首先令半导体光放大器SOA注入电流为300mA；

然后将泵浦激光器注入电流由小到大调节，用光功率计监测光源输出光功率；随着泵浦激光器注入电流逐渐增大至I₁＝170mA，半导体光放大器SOA进入“深度饱和状态”，光源输出光功率不再随泵浦激光器注入电流增大而变化；

最后将泵浦激光器注入电流设定为I₂＝200mA。

还包括对光源进行输出光谱展宽方面设计，具体设计方法如下。