基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置制造方法及图纸

基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置，属于空间激光通信领域，为了解决现有的1.5μm波段空间光通信技术易受到水雾天气中水汽的吸收干扰的问题，其包括信号源、半导体激光器、光纤放大器、光隔离器、第一光环行器、掺铥光纤、光子晶体光纤、光纤耦合器、第二光环行器、光纤布拉格光栅、第一光纤准直器、雨雾模拟舱、超声波水雾生成器、第二光纤准直器、光电探测器、信号解调器和计算机；本发明专利技术提出采用1.7μm波段用于雾天激光通信，相对于1.5μm波段，可以有效减小雾天给激光通信带来的吸收损耗，提高通信质量和效率。

Water mist space laser communication device based on 1.7 \u03bc M band modulated light source

【技术实现步骤摘要】
基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置
本专利技术涉及空间激光通信波段光源，具体涉及一种基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置，属于空间激光通信领域。
技术介绍
1.7μm波段激光器(1650-1750nm)可广泛应用于生物成像、激光医疗、聚合物激光焊接和处理、中红外激光器泵浦源、有机物微量测量等领域，且已成为了近年来国内外新型光源研究的热点之一。其中在空间激光通信领域中，急需1.7μm波段激光通信调制光源来拓展通信频段和提高空间应用范围。根据HamidHemmati所著的“Near-EarthLaserCommunications”一书ChapterVIII,Section2提出的10km海拔高度大气透过率谱中，1.7μm波段的透过率相对于1.5μm波段高7％。虽然蓝绿光(450-570nm)在水下通信占有绝对波长优势，不过将其应用于水雾/雨天激光通信中存在保密性差、杂散光多等问题。1.7μm波段激光调制信号源作为近红外光源能很好地避免这些问题。于此同时该波段光源也能较好解决现有激光通信存在一些缺陷：1)通信频段紧缺：可知现有的光通信波段(C+L波段，1530-1625nm)相对拥挤，容量有限，已经满足不了未来高速信息传输的要求。所以1.7μm波段光源的开发将能有效缓解通信频段紧缺的问题；2)空间应用性能受限：如图1可知，1.7μm波段为两个水吸收峰之间的低谷，所以1.7μm波段光源相比于常用波段1.5μm，在含水雾或雨天信道，在减少散射损失的同时减少水的吸收损耗。另外，从“Near-EarthLaserCommunications”一书可以得到，1.7μm波段光源在大气信道中透过特性略优于1.5μm波段，能有效减少信道中的吸收损耗，提高大气激光通信的通信可用性和质量。1.7μm激光通信可扩展空间应用范围。为此1.7μm波段激光调制信号产生及其在水雾传输特性研究是非常必要的，具有潜在的应用价值和很强的现实意义。尽管1.7μm波段宽带光源及单波长可调谐光源的研究取得了一定成果，在激光器结构、调谐机制等方面能提供一定的经验。但是要实现1.7μm波段激光调制信号源还存在很多新问题，主要包括:1)缺乏高增益激光介质：以往要实现新波段激光产生多会考虑使用拉曼效应。不过拉曼效应需要有合适波长的高功率泵浦源，不方便实现。2)缺乏相应通信调制器。因此，本专利技术提出了一种1.7μm波段调制激光源产生的方法。采用泵浦调制技术，基于激光器结构上的创新，来实现1.7μm光调制信号的产生。并提出和搭建了雾天空间激光传输装置，证明其优越性。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的1.5μm波段空间光通信技术易受到水雾天气中水汽的吸收干扰的问题，提出了基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置。本专利技术采用的技术方案：基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置，其特征是，其包括信号源、半导体激光器、光纤放大器、光隔离器、第一光环行器、掺铥光纤、光子晶体光纤、光纤耦合器、第二光环行器、光纤布拉格光栅、第一光纤准直器、雨雾模拟舱、超声波水雾生成器、第二光纤准直器、光电探测器、信号解调器和计算机；信号源与半导体激光器相连，半导体激光器、光纤放大器、光隔离器、第一光环行器的a端口依次光纤相连；第一光环行器的b端口、掺铥光纤、光子晶体光纤、光纤耦合器的g端口依次光纤连接；光纤耦合器的i端口与第二光环行器的f端口通过光纤连接，第二光环行器的d端口与第一光环行器的c端口光纤连接构成环型腔；第二光环行器的e端口光纤连接光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅的尾纤末端切成斜角；超声波水雾生成器连接雾气模拟舱；光纤耦合器的h端口光纤连接第一光束准直器；准直光经过雾气模拟舱后由第二准直器耦合进光纤，准直光通过光纤传输后由光纤型光电探测器接收输出的光信号；光信号经过信号解调器，最终由计算机接收。本专利技术有益效果：1)本专利技术提出采用1.7μm波段用于雾天激光通信，相对于1.5μm波段，可以有效减小雾天给激光通信带来的吸收损耗，提高通信质量和效率。2)本专利技术采用全光纤器件使得装置结构紧凑，容易装调及稳定性好。利用特制的光子晶体光纤的“光子带隙”机制抑制TDF产生的背向增益谱长波部分，并可以抑制1.7μm波段的增益饱和效应，可以提高激光器在1.7μm波段的光转换效率。3)本专利技术采用同步泵浦调制技术，可以产生相应频率的1.7μm调制信号，无需1.7μm波段的调制器。附图说明图1：测量的近红外波段水分子吸收系数。图2：本专利技术基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置示意图。图3：本专利技术1.7μm波段通信调制光源产生的光谱图。图4：本专利技术1.7μm波段调制信号与泵浦调制信号对比图。图5：本专利技术水雾传输实验1.7μm波段和1.55μm波段光功率损耗对比。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细说明。如图2所示，本专利技术基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置，包括信号源1、半导体激光器2、光纤放大器3、光隔离器4、第一光环行器5、掺铥光纤6、光子晶体光纤7、光纤耦合器8、第二光环行器9、光纤布拉格光栅10、第一光纤准直器11、雨雾模拟舱12、超声波水雾生成器13、第二光纤准直器14、光电探测器15、信号解调器16和计算机17。信号源1通过电缆与半导体激光器2相连，半导体激光器2、光纤放大器3、光隔离器4、第一光环行器5的a端口依次光纤相连。第一光环行器5的b端口、掺铥光纤6、光子晶体光纤7、光纤耦合器8的g端口依次光纤连接。光纤耦合器8的i端口与第二光环行器9的f端口通过光纤连接，第二光环行器9的d端口与第一光环行器5的c端口光纤连接构成环型腔。第二光环行器9的e端口光纤连接光纤布拉格光栅10，光纤布拉格光栅10的尾纤末端切成斜角8°。超声波水雾生成器13连接雾气模拟舱12。光纤耦合器8的h端口光纤连接第一光纤准直器11，准直光经过雾气模拟舱12后由第二准直器14耦合进光纤。准直光通过光纤传输后由光纤型光电探测器15接收输出的光信号。光信号经过光信号解调器16，最终由计算机17接收。所述信号源1为1550nm信号源；所述半导体激光器2为1550nm波段可直调半导体激光器；所述光纤放大器3为掺铒光纤放大器；所述光隔离器4用于光单向传输；所述第一光环行器5为三端口光环行器；所述掺铥光纤6为激光器增益介质；所述光子晶体光纤7用于抑制掺铥光纤的ASE谱长波部分；所述光纤耦合器8为90/10光纤耦合器；所述第二光环行器9为三端口光环行器；所述光纤布拉格光栅10为1.7μm波段均匀性反射式布拉格光栅；所述第一光纤准直器11和第二光纤准直器14用于光束的扩束准直；所述雾气模拟舱12用于模拟雾天环境；所述超声波水雾生成器13用于生成雾气；所述光电探测器15用于探测1.7μm信号光；所述信号解调器16用于信号光数据解调。本专利技术基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置的工作过程如下：信号源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置，其特征是，其包括信号源(1)、半导体激光器(2)、光纤放大器(3)、光隔离器(4)、第一光环行器(5)、掺铥光纤(6)、光子晶体光纤(7)、光纤耦合器(8)、第二光环行器(9)、光纤布拉格光栅(10)、第一光纤准直器(11)、雨雾模拟舱(12)、超声波水雾生成器(13)、第二光纤准直器(14)、光电探测器(15)、信号解调器(16)和计算机(17)；/n信号源(1)与半导体激光器(2)相连，半导体激光器(2)、光纤放大器(3)、光隔离器(4)、第一光环行器(5)的a端口依次光纤相连；第一光环行器(5)的b端口、掺铥光纤(6)、光子晶体光纤(7)、光纤耦合器(8)的g端口依次光纤连接；光纤耦合器(8)的i端口与第二光环行器(9)的f端口通过光纤连接，第二光环行器(9)的d端口与第一光环行器(5)的c端口光纤连接构成环型腔；/n第二光环行器(9)的e端口光纤连接光纤布拉格光栅(10)，光纤布拉格光栅(10)的尾纤末端切成斜角；超声波水雾生成器(13)连接雾气模拟舱(12)；光纤耦合器(8)的h端口光纤连接第一光束准直器(11)，准直光经过雾气模拟舱(12)后由第二准直器(14)耦合进光纤，准直光通过光纤传输后由光电探测器(15)接收输出的光信号；光信号经过信号解调器(16)，最终由计算机(17)接收。/n...

【技术特征摘要】
1.基于1.7μm波段调制光源的水雾空间激光通信装置，其特征是，其包括信号源(1)、半导体激光器(2)、光纤放大器(3)、光隔离器(4)、第一光环行器(5)、掺铥光纤(6)、光子晶体光纤(7)、光纤耦合器(8)、第二光环行器(9)、光纤布拉格光栅(10)、第一光纤准直器(11)、雨雾模拟舱(12)、超声波水雾生成器(13)、第二光纤准直器(14)、光电探测器(15)、信号解调器(16)和计算机(17)；
信号源(1)与半导体激光器(2)相连，半导体激光器(2)、光纤放大器(3)、光隔离器(4)、第一光环行器(5)的a端口依次光纤相连；第一光环行器(5)的b端口、掺铥光纤(6)、光子晶体光纤(7)、光纤耦合器(8)的g端口依次光纤连接；光纤耦合器(8)的i端口与第二光环行器(9)的f端口通过光纤连接，第二光环行器(9)的d端口与第一光环行器(5)的c端口光纤连接构成环型腔；
第二光环行器(9)的e端口光纤连接光纤布拉格光栅(10)，光纤布拉格光栅(10)的尾纤末端切成斜角；超声波水雾生成器(13)连接雾气模拟舱(12)；光纤耦合器(8)的h端口光纤连接第一光束准直器(11)，准直光经过雾气模拟舱(12)后由第二准直器(14)耦合进光纤，准直光通过光纤传输后由光电探测器(15)接收输出的光信号；光信号经过信号解调器(16)，最终由计算机(17)接收。


2.根据权利要求1所述的1.7μm波段通信调制光源的雾天空间激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，贺振兴，李奇，何爽，魏佳，王大帅，佟首峰，姜会林，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22