一种光纤激光器的抗辐射特性优化方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤激光器的抗辐射特性优化方法，解决了现有的基于激光器结构参数优化的抗辐射设计方法无法应用于中高功率激光器的技术问题，用于指导光纤激光器抗辐射特性优化设计，提高光纤激光器的抗辐射性能

【技术实现步骤摘要】
一种光纤激光器的抗辐射特性优化方法


[0001]本专利技术涉及光纤激光器，具体涉及一种光纤激光器的抗辐射特性优化方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着光纤激光器技术的不断发展，其应用领域也不断拓展
。
但是，在加速器
、
反应堆以及太空等领域应用时，激光器会面临恶劣的辐射环境，其性能发挥就会受到影响和干扰，具体表现为输出功率的严重恶化
。
因此，需要在使用前采取有针对性的设计，以提高光纤激光器的抗辐射性能
。
[0003]实际应用中最简单直接的方法就是通过添加主动屏蔽实现对激光器的抗辐射保护
。
一种比较常见的方法是在光纤的外表面涂覆抗辐射层，实现光纤的抗辐射特性优化
。(
如：中国专利
《
一种抗辐射多模光纤
》
，申请号为
202122629418.7、
中国专利
《
一种新型抗辐射光纤及制备方法
》
，申请号为
202111296379.1)。
另外，还可以将光纤置于抗辐射的保护环境中，实现辐射防护
。2021
年，廖招龙等提出了一种通过在激光器周围的散热介质内添加可阻挡或吸收辐照射线的金属粉末来提升光纤放大器整机辐射耐受性能的方法
(
即：中国专利
《
一种抗辐射的光纤放大器
、
防辐射胶水及其制备方法
》
，申请号为
202111664311.4)。
[0004]大量的研究表明，辐射与石英光纤相互作用中产生的辐致损耗是影响光纤特性的最重要因素，表现为光纤内传输损耗的增加
。
而在光纤激光器中，增益光纤是对辐射最为敏感的部件，因此，还可以通过改善增益光纤特性来提高系统整体的抗辐射性能
。
相关的方法包括特种元素的掺杂
、
光纤尺寸的优化
、
不同元素掺杂比例的优化以及特殊工艺处理等
。2012
年，
Y.Sheng
等通过研究表明，适当浓度的铈元素掺杂能够有效提高掺镱增益介质的抗辐射性能
(Y.Sheng,L.Yang,H.Luan,et al.Improvement of radiation resistance by introducingCeO2in Yb
‑
doped silicate glasses.Journal ofNuclear Materials,2012,427:58
‑
61)。2015
年，李密等公开了一种通过增大光纤芯径来提高掺铒光纤放大器抗辐射能力的方法
(
即：中国专利
《
一种提高掺铒光纤放大器抗辐射能力的方法
》
，申请号为
201510688584.0.)。2020
年，
S.Girard
等通过大量的研究发现，不同元素共掺浓度会对光纤的辐致损耗特性产生较大影响，通过优化掺杂比例，可以提高光纤的辐射耐受性
(S.Girard,A.Morana,A.Ladaci,et al.Recent advances in radiation
‑
hardened fiber
‑
based technologies for space applications.Journal of Optics,2018,20(9):093001)。2013
年，上海大学肖中银等公开了一种通过预热处理
、
快速淬火
、
预辐照再热处理等流程来提高石英光纤抗辐射性能的方法
(
即：中国专利
《
一种提高石英光纤抗辐射性能的处理方法
》
，申请号为
201310218435.9)。
通过一系列的处理，可以使石英光纤材料结构更为稳定，从而在辐射环境下避免产生过多的缺陷，降低辐致损耗
。
类似的，
2020
年，张乐等公开了一种通过对光纤预制件依次进行载氘
、
预辐射和具有升温梯度的热处理来提升光纤抗辐射性能的方法
(
即中国专利
《
一种提高石英光纤预制件抗辐射能力的预处理方法
》
，申请号为
202011005341.X)。
但是该方法需根据使用环境来定制光纤，成本十分高昂；而且，实际应用中绝大多数激光使用的都是未经抗辐射优化设计的成熟的商业光纤
。
这种情况下，应考
虑从激光器结构参数等方面进行抗辐射特性优化设计
。2014
年，李密等公开了一种基于动态调整增益光纤长度的抗辐射性能提升方法
(
即中国专利
《
一种具有高抗辐射特性的掺铒光纤放大器及方法
》
，申请号为
201410414337.7)。
该方法需在激光器中预设不同长度的增益光纤，使用中，随着辐射剂量的增加，需结合泵浦光功率不断切换激光器中的增益光纤，从而使其参数配置一致，并保持在最优状态，实现辐射环境下的性能优化
。
但是该方法一方面需要预设多个不同长度的增益光纤，增加了成本；另一方面需要使用光开关根据辐射剂量切换泵浦光和信号光的传输路径，因此只适用于
mW
级的低功率激光器中，在
W
级及以上功率的激光器中就无法应用
。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有的基于激光器结构参数优化的抗辐射设计方法无法应用于中高功率激光器的技术问题，基于光纤长度优化和动态泵浦功率分配提出了一种光纤激光器的抗辐射特性优化方法，用于指导光纤激光器抗辐射特性优化设计，提高光纤激光器的抗辐射性能
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种光纤激光器的抗辐射特性优化方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]步骤
1、
获取增益光纤辐致损耗参数；
[0008]根据使用环境的辐射特性建立辐射模拟环境，在所述辐射模拟环境中，测量不同辐射剂量
D
下长度为
L
的增益光纤分别在泵浦光和信号光波长处的辐致损耗
a
p
(D)
和
a
s
(D)
；
[0009]步骤
2、
构建辐射环境下的激光器仿真模型；
[0010]利用增益光纤参数
、
激光器结构参数和泵浦参数，在预设边界条件下，根据激光器速率方程和信号传输方程构建激光器仿真模型
V1.0
；然后在激光器仿真模型
V1.0
的传输损耗项中引入增益光纤辐致损耗参数
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光纤激光器的抗辐射特性优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
获取增益光纤辐致损耗参数；根据使用环境的辐射特性建立辐射模拟环境，在所述辐射模拟环境中，测量不同辐射剂量
D
下长度为
L
的增益光纤分别在泵浦光和信号光波长处的辐致损耗
a
p
(D)
和
a
s
(D)
；步骤
2、
构建辐射环境下的激光器仿真模型；利用增益光纤参数
、
激光器结构参数和泵浦参数，在预设边界条件下，根据激光器速率方程和信号传输方程构建激光器仿真模型
V1.0
；然后在激光器仿真模型
V1.0
的传输损耗项中引入增益光纤辐致损耗参数
a
p
(D)
和
a
s
(D)
，得到辐射环境下的激光器仿真模型
V2.0
；步骤
3、
获取不同辐射剂量
D
下的最优光纤长度；利用激光器仿真模型
V2.0
，在固定的泵浦方式下，通过改变增益光纤长度
L
，得到不同辐射剂量
D
下激光器输出功率
P
s
与增益光纤长度
L
之间的对应关系，获取不同辐射剂量
D
下的最优光纤长度数据
L(D)
；步骤
4、
获取不同辐射剂量下的最优泵浦功率分配；根据激光器在使用环境中的最大累积辐射剂量
D
m
，在激光器仿真模型
V2.0
中设定激光器的增益光纤长度
L(D
m
)
；在固定的总泵浦功率
P0的情况下，通过改变前向泵浦功率
P
f
和后向泵浦功率
P
b
的分配关系，得到不同辐射剂量
D
下激光器输出功率
P
s
与前向泵浦功率
P
f
之间的关系，获取不同辐射剂量
D
下的最优前向泵浦功率分配数据
P
f
(D)
；步骤
5、
激光器抗辐射特性优化；实际应用中，根据最大累积辐射剂量
D
m
，设定激光器的增益光纤长度
L(D
m
)
；同时，在激光器中预设不同辐射剂量
D
下的最优前向泵浦功率分配数据
P
f
(D)
，实现激光器输出功率
P
s
的最大化，从而优化激光器的抗辐射特性
。2.
根据权利要求1所述的光纤激光器的抗辐射特性优化方法，其特征在于：步骤1中，在测量信号光波长处的辐致损耗
a
s
(D)
时，使用功率为
s0的信号光传输通过一段长度为
L
的增益光纤，记录不同辐射剂量
D
下经传输后的信号光功率
s(D)
，计算得到不同辐射剂量
D
下的辐致损耗
a
s
(D)
：
3.
根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶蒙蒙，王亚民，王科，谌鸿伟，曹慧琳，吴昊龙，叶景峰，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：