[发明专利]基于侧向泵浦的星载光放大器光热退火增强装置及方法

说明书

本发明属于光通信器件技术领域，更具体地，涉及一种基于侧向泵浦的星载光放大器光热退火增强装置及方法，装置中同时包含光致退火与热致退火两部分，适用于空间星载通信中的光放大器。该装置包括增益光纤、光子灯笼耦合结构、退火泵浦光源和分布式加热光纤，所述增益光纤位于星载光放大器中呈环状分布，所述光子灯笼耦合结构位于最内环增益光纤的某点处；退火泵浦光源并列排布于光子灯笼耦合结构的前端，分布式加热光纤位于增益光纤的最外环，多模光纤作为退火泵浦光源的输出光纤，直接插入光子灯笼耦合结构中，光子灯笼耦合结构的输出端接入增益光纤。

技术领域

本发明属于光通信器件技术领域，更具体地，涉及一种基于侧向泵浦的星载光放大器光热退火增强装置及方法，装置中同时包含光致退火与热致退火两部分，适用于空间星载通信中的光放大器。

背景技术

在辐射环境下，光纤的芯层和包层中会形成电子空穴对，而这些电子和空穴在光纤自身缺陷和杂质的位置上很容易被俘获，产生新的缺陷中心，这种缺陷中心通常被称为“色心”。色心效应导致光纤的缺陷增多并使光纤对抽运光和信号光的吸收增加，以至于光纤的损耗增加。高能辐射在固体中产生的缺陷可以在晶格中运动，此时辐射造成损伤可以随着缺陷的运动而减轻。

光致退火中，高功率的退火光为晶格中的缺陷提供了更多的动能，加速了晶格的恢复速度；且增益光纤中的铒离子可以吸收退火光并使光纤纤芯的温度升高，导致材料中的粒子热运动更加剧烈，提升了载流子的复合速率，最终使晶格中因辐照造成的损耗更容易得到恢复。随着光功率的增强和波长的变短，光退色的效果会变得更明显。所以可以用大功率的976nm泵浦光作为退火光加快被辐照光纤的光退色恢复速度，以此抑制光纤在空间辐射环境下形成的色心。

热致退火中，是将辐射后的光纤置于高温环境中，使光纤中的缺陷恢复过程加快。热致退火用高温加快了光纤中因辐射而产生的载流子的运动和复合，从而加快了退火的进程，并且高温使光纤中自由的载流子增多，加快损伤的恢复。

光子灯笼是一种将单模波导与多模波导通过一个锥形过渡区相连接的低损耗器件，通常将单模光纤嵌入到基底材料中熔融拉锥制作。光子灯笼作为一种锥形合束器，其特殊的结构特点使包层与纤芯的芯径等比例缩小，因而具有模式传播稳定、结构紧凑、传输效率高等诸多优势。

发明内容

本发明所用的光子灯笼中，将多根多模光纤和一根单模光纤组成的光纤束进行拉锥后，输出光纤收缩成为单根单模光纤。多点侧向泵浦技术指将大功率泵浦光通过多模光纤通入，从侧方向经过锥形过渡区耦合到输出光纤中。

星载光纤放大器作为星际卫星光通信中的核心光器件，对空间辐射非常敏感。通常情况下，当掺杂增益光纤受到的总辐射剂量到达krad量级时，光放大器的工作性能就会受到较大影响。光致退火技术和热致退火技术可以抑制光纤内形成的色心结构，起到提升光纤放大器抗辐照性能的作用。

本发明旨在将光致退火与热致退火两种技术同时应用于星载光放大器的退火过程，实现一种可以增强退火效果、提升光放大器抗辐照性能的退火增强装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

基于侧向泵浦的星载光放大器光热退火增强装置，该装置包括增益光纤、光子灯笼耦合结构、退火泵浦光源和分布式加热光纤，所述增益光纤位于星载光放大器中呈环状分布，所述光子灯笼耦合结构位于最内环增益光纤的某点处；退火泵浦光源并列排布于光子灯笼耦合结构的前端，分布式加热光纤位于增益光纤的最外环，多模光纤作为退火泵浦光源的输出光纤，直接插入光子灯笼耦合结构中，光子灯笼耦合结构的输出端接入增益光纤；退火泵浦光源直接耦合接入光子灯笼耦合结构的输入端，光子灯笼耦合结构的输出端与增益光纤相连，增益光纤的最外环为分布式加热光纤；

退火泵浦光源产生的大功率泵浦光借助光子灯笼耦合结构进入增益光纤中，合束光经过最外环的增益光纤时通过分布于外环的分布式加热光纤。