[发明专利]双波长极弱光信号低噪声高增益光放大装置及放大方法

说明书

本发明公开了双波长极弱光信号低噪声高增益光放大装置，包括第一级光放大单元、双波长匹配滤波单元和第二级光放大单元，第一级光放大单元对双波长光信号进行低噪声和中增益的放大。双波长匹配滤波单元对第一级光放大信号中的前向自发辐射噪声进行抑制，光隔离器和光环行器对第二级的后向自发辐射噪声起到大量衰减作用，保证第一级光放大噪声性能基本不受影响。第二级光放大单元对双波长光信号进行高增益的光放大，由于已经抑制了大部分第一级光放大的前向自发辐射噪声，因此整个两级放大的噪声系数几乎与第一级光放大的噪声系数接近，因此实现了双波长极弱光信号低噪声高增益光放大，最后通过增益平坦滤波器将双波长的功率进行平坦化处理。

技术领域

本发明属于空间超长距离大容量光信息传输技术领域，具体涉及双波长极弱光信号低噪声高增益光放大装置，还涉及双波长极弱光信号低噪声高增益光放大方法。

背景技术

空间激光通信是近些年新兴的一种通信技术，其在发射端以高性能激光作为调制载波，在接收端以微弱高速光信号作为探测对象，结合光学天线及高精度跟瞄，实现大容量长距离信息传输。近红外光波段相比常规微波S、X、Ka波段高4～5个数量级，因此更容易实现大容量数据的传输。目前宽带互联网星座已经开始将空间激光通信作为主要数据传输手段之一，可以极大提升卫星高精度科学试验、偏远地区信息接入的服务效率。例如欧洲激光通信中继系统已经开展了多年的高轨卫星对低轨卫星1.8Gbps数据传输服务，美国激光通信中继系统在2021布局完成，计划实现2.44Gbps的空间信息数据传输，美国TBIRD计划的通信速率将达到200Gbps，且计划采用多个波长开展传输验证，因此大容量长距离空间激光通信是未来大势所趋。

目前空间激光通信可应用于低轨-低轨、低轨-高轨、高轨-地等不同应用场景通信，其通信距离最远可达数万公里，由于空间几何损耗巨大，因此到达通信接收端的功率极其微弱。传统空间激光通信系统通常采用单波长通信，并且接收端的光放大器只能对单波长光信号进行放大处理。随着目前传输容量的增加，双波长通信已经开始应用于空间激光通信系统，双波长通信接收具有传输容量大、两个波长互为备份等优点，而目前接收端的光放大器无法对双波长极弱光信号同时实现低噪声和高增益的光放大，主要存在双波长放大的噪声累加和增益受限问题，即无法实现低噪声和高增益的同时实现。为了使得通信系统保持在良好的误码率水平上，需要双波长极弱光信号在放大过程中抑制增益竞争和自发辐射噪声，而目前尚未见到有实现双波长极弱光信号低噪声高增益光放大的方法。

发明内容

本发明的目的是提供双波长极弱光信号低噪声高增益光放大装置，克服现有技术难以解决双波长极弱光信号难以同时实现低噪声系数和高光学增益的难题。

本发明的另一目的是提供双波长极弱光信号低噪声高增益光放大方法，显著提升了空间激光通信接收端对超长距离大容量光传输信息的处理能力，为空间激光通信系统的低误码率传输和链路稳定提供可靠保证。

本发明所采用的技术方案是，双波长极弱光信号低噪声高增益光放大装置，包括第一级光放大单元、双波长匹配滤波单元和第二级光放大单元；

第一级光放大单元包括波分复用器a，波分复用器a输入端用于输入双波长极弱光信号，波分复用器a输出端依次连接掺铒光纤a、双波长长匹配滤波单元，波分复用器a信号控制端连接泵浦源a，泵浦源a连接第二级光放大单元；

双波长匹配滤波单元包括输入端连接掺铒光纤a的光环形器a，光环形器a包括两个输出端口，光环形器a一个输出端口处连接光滤波器a输入端，光环形器a另一个输出端口处连接波分耦合器一个耦合输入端，光滤波器a输出端连接光环形器b输入端，光环形器b包括两个输出端口，光环形器b一个输出端口处连接波分耦合器另一个耦合输入端，波分耦合器输出端依次连接光隔离器、第二级光放大单元，光环形器b另一个输出端口连接光滤波器b输入端；