In order to solve the problem of high experimental cost and single radiation environment in the irradiation experiment of fiber laser, the present invention provides an analysis method for the power characteristics of space-used fiber laser and the influence of radiation on the core temperature. The main influence factor of space radiation on fiber laser is radiation loss. The characterization parameters of radiation environment and the power of fiber laser are established. The mathematical relationship between temperature and radiation environment can be used to quantitatively analyze and evaluate the influence of radiation environment on the power characteristics and core temperature of space-based fiber laser. It can be used to predict the power characteristics and core temperature changes of space-based fiber laser in advance or afterwards. It can shorten the test time of device irradiation experiment and reduce the cost of irradiation experiment. The invention can not only analyze the power characteristics and core temperature of the fiber laser under the determined radiation conditions, but also predict the power characteristics and core temperature affected by the space radiation when the fiber laser is applied in the space environment.
【技术实现步骤摘要】
空间用光纤激光器功率特性及纤芯温度受辐射影响的分析方法
本专利技术属于激光技术和辐射物理
,具体涉及一种空间用光纤激光器功率特性及纤芯温度受辐射影响的分析方法。
技术介绍
随着光纤激光技术的发展,光纤激光器的应用领域不断拓展。然而,当光纤激光器在太空环境中使用时,由于受到空间辐射,辐射总剂量效应会导致激光器系统性能退化甚至失效。其中,激光功率是光纤激光器最重要的性能参数之一,而增益光纤的辐致损耗是导致空间用光纤激光器输出功率下降的主要因素。同时,辐致损耗的引入,成为了光纤激光器增益光纤内新的热量来源,会导致增益光纤温度的升高,而普通增益光纤涂覆层安全许可温度为80℃。此外,增益光纤中过高的温度会使高功率光纤激光器的稳定性下降,并导致激光器中光束质量的退化及模式不稳定现象发生。为了空间用光纤激光器的安全和稳定运行,很有必要知道光纤激光器功率特性及纤芯温度受辐射影响的情况。目前国内外已对光纤激光器的辐射效应开展了相关研究,但主要是通过进行辐照实验,获得在一定辐射条件下,光纤激光器输出功率退化的实验数据。但是,辐照实验存在实验费用比较昂贵、辐射环境单一、难以再现激 ...
【技术保护点】
1.空间用光纤激光器功率特性及纤芯温度受辐射影响的分析方法,其特征在于,包括以下步骤:[1]对激光器所处的空间辐射环境进行分析,确定辐射粒子种类或射线种类,获得等效辐射剂量D;[2]获取增益光纤在信号光和泵浦光波长处的辐致损耗数据;[3]获取光纤激光器的功率特性:将增益光纤辐致损耗作为新引入的背景损耗项考虑,对光纤激光速率方程求解,获得光纤激光器增益光纤中信号光和泵浦光功率沿光纤纵向的分布
【技术特征摘要】
1.空间用光纤激光器功率特性及纤芯温度受辐射影响的分析方法,其特征在于,包括以下步骤:[1]对激光器所处的空间辐射环境进行分析,确定辐射粒子种类或射线种类,获得等效辐射剂量D;[2]获取增益光纤在信号光和泵浦光波长处的辐致损耗数据;[3]获取光纤激光器的功率特性:将增益光纤辐致损耗作为新引入的背景损耗项考虑,对光纤激光速率方程求解,获得光纤激光器增益光纤中信号光和泵浦光功率沿光纤纵向的分布和z表示光纤纵向位置,也即获得了光纤激光器的功率特性;[4]获取增益光纤纤芯温度的变化:将辐致损耗作为光纤激光器增益光纤内新的热量来源考虑,对光纤的热传导方程求解,获得增益光纤纤芯温度的变化ΔT(0,z)。2.根据权利要求1所述的空间用光纤激光器功率特性及纤芯温度受辐射影响的分析方法,其特征在于:所述步骤[2]具体为:[2.1]通过地面模拟辐照实验获得在2个以上确定辐射剂量下,任一波长处的增益光纤辐射损耗实验数据;[2.2]通过实验数据反推出光纤辐致损耗幂律模型实验常数a和b,即可获得该波长处增益光纤辐射损耗与辐射剂量参数之间的关系曲线;光纤辐致损耗幂律模型的表达式为α(D)=a·Db,其中:α(D)是光纤辐致损耗,单位是dB·Km-1;D是辐射剂量,单位是Gy;a和b是实验常数,a的单位是dB·km-1·Gy-1。3.根据权利要求1所述的空间用光纤激光器功率特性及纤芯温度受辐射影响的分析方法,其特征在于:所述步骤[3]具体为:[3.1]确定空间用光纤激光器的激光速率方程;光纤激光速率方程为:其中,z表示增益光纤内沿轴向任一点的坐标;N和N2分别为总的掺杂粒子数密度和激发态粒子数密度;λp与λs分别为泵浦光和信号光的波长;分别为z处前、后向传输的泵浦光λp与信号光λs处功率;σep和σap分别表示泵浦光波长处的发射截面和吸收截面;σes和σas分别表示信号光波长处的发射截面和吸收截面;Γp和Γs分别为泵浦光和信号光波长处的填充因子;Ac为纤芯有效模场面积;Ain为光纤内包层面积;h为普朗克常数;c是光速;τ为激发态粒子寿命;αp,αs分别为泵浦光、信号光波长处在光纤中的本征吸收损耗系数;所述光纤激光器的激光速率方程满足的边界条件为:其中:R1、R2分别为信号光在激光器两侧的反射率,其中信号光的反射率主要取决于光纤光栅对的...
【专利技术属性】
技术研发人员:谌鸿伟,陶蒙蒙,栾昆鹏,赵海川,沈炎龙,赵柳,朱峰,黄超,
申请(专利权)人:西北核技术研究所,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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