一种光纤放大器的输入检测系统的制作方法

1.本发明涉及空间激光通信的技术领域，尤其涉及空间激光通信接收端的光纤放大器的输入检测系统。


背景技术：

2.空间激光通信是指利用波长极短的激光作为信息载体，建立星间、星空或星地等通信链路，实现高速数据传输的通信技术。相比空间微波通信，激光通信具有通信速率高、信息容量大、体积小、功耗低等优点，对构建天地一体化的空间高速组网具有重大的应用前景。
3.空间激光通信系统的接收端用于收集目标卫星发射端发射的空间信号光束，经信号处理后恢复出所需通信信息，掺饵光纤放大器(edfa)被用于空间激光通信系统接收端，成为近年来的研究热点。对于此类光纤放大的激光通信系统，需要将接收到的空间信号光耦合进单模光纤进行放大，由于单模光纤纤芯很小，通常为8μm～10μm，耦合误差导致的光斑偏离会降低接收端进入光纤的信号光能量，影响激光通信的稳定性，增加系统误码率。为保证通信链路稳定可靠，通常需要监测接收端edfa的输入光功率来快速判断通信链路建立的有效性，但受传输链路空间损耗的影响，到达接收端的信号光十分微弱，直接分光探测较为困难且会损失一部分信号光能量，影响通信系统的接收灵敏度和通信距离。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种光纤放大器的输入检测系统，对空间信号光放大后再分光检测光纤放大器的输入光功率，同时根据检测结果调整空间信号光与光纤的耦合位置，极大的提高通信链路接收灵敏度和光纤瞄准耦合精度。
5.为了达到上述目的，本发明提出了一种光纤放大器的输入检测系统，包括：
6.光纤耦合单元，其用于将空间信号光耦合进光纤，并根据光检测单元输出的反馈信号调整所述空间信号光与所述光纤的耦合位置，以使所述光纤中空间信号光的光强最大；
7.增益预放大单元，其与所述光纤耦合单元的输出端连接，用于对空间信号光进行增益放大；以及
8.光检测单元，其与所述增益预放大单元的输出端连接，用于检测放大后的空间信号光以检测光纤放大器的输入光功率，并输出反馈信号至所述光纤耦合单元。
9.进一步地，所述光纤耦合单元包含：
10.接收光学系统，其用于接收空间信号光，并耦合进光纤中；
11.自适应调节器，其与所述接收光学系统连接，用于根据反馈信号调整所述空间信号光与所述光纤的耦合位置。
12.进一步地，所述增益预放大单元，包含：
13.放大部，其包含至少一级光路放大模块，以对空间信号光进行分级放大；
14.分光部，其与所述放大部的输出端连接，用于将放大后的空间信号光划分为两路，其中一路输入至光纤放大器的主光路，另一路输入至光检测单元。
15.进一步地，所述光路放大模块包含光纤连接的第一光隔离器、第一波分复用器及增益光纤，所述波分复用器的输入端还连接有泵浦光。
16.进一步地，所述分光部包含光纤连接的第二波分复用器、第二光隔离器、滤波器及分光器，所述第二波分复用器用于分离所述放大部输出剩余泵浦光及放大后的空间信号光，并将所述剩余泵浦光输送至光纤放大器的主光路。
17.进一步地，若所述放大部包含两级及以上光路放大模块，相邻的两级光路放大模块间设有第三波分复用器，所述第三波分复用器用于分离前一级光路放大模块输出的剩余泵浦光及分级放大后的空间信号光，并将剩余泵浦光输送至下一级光路放大模块的第一波分复用器的输入端。
18.进一步地，所述增益光纤为掺稀土光纤。
19.进一步地，所述增益光纤为掺铒光纤。
20.进一步地，所述光检测单元，包含：
21.光电探测器，其与所述增益预放大电路的输出端连接，用于将放大后的空间信号光转换为光电流；
22.光电探测电路，其与所述光电探测器的输出端连接，所述光电探测器包含对数放大器，用于根据所述光电流分析所述光纤放大器输入端的光功率大小，并输出反馈信号至所述自适应调节器。
23.本发明具有以下优势：
24.(1)本发明将光纤放大器输入端的微弱空间信号光经过增益预放大单元放大后再进行分光及检测，相比传统的输入端直接分光的光纤放大器输入检测方法，信号光能量无损失；而且提高了进入光电探测器的光功率，减轻了探测电路压力，可以大幅度提高激光通信链路接收端的接收灵敏度，对远距离空间激光通信具有重要意义；
25.(2)本发明中的光检测单元采用对数放大器，具有结构简单、低噪声高灵敏度的优点，可实时监测通信链路的有效性和稳定性，同时作为自适应调节器的反馈信号，减少接收光学系统与光纤接头的耦合误差，提高耦合效率；
26.(3)本发明简单可靠，对所有应用掺饵光纤放大的空间激光通信系统均适用，具有较好的通用性，是提高空间激光通信接收灵敏度的可行方案。
附图说明
27.图1为本发明实施例的输入检测系统的结构示意图；
28.图2为本发明另一实施例的输入检测系统的结构示意图；
29.图3为本发明再一实施例的输入检测系统的结构示意图。
具体实施方式
30.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
31.由于光纤放大器输入端的光信号功率十分微弱，通常为(-50～-40)dbm，直接分光探测较为困难，常规光电探测器件难以满足要求。同时，受系统温度、振动等影响，会导致接收端光纤耦合效率下降，严重影响通信链路的通信质量和接收灵敏度。本发明提出了一种光纤放大器的输入检测系统，所述输入检测系统位于所述光纤放大器的输入端，将光纤放大器输入端的空间信号光进行增益放大后再进行分光检测所述光纤放大器输入端的信号光的光功率，可以大幅度提高激光通信链路接收端的接收灵敏度。
32.如图1-3所示，所述光纤放大器的输入检测系统，包括：光纤耦合单元1、增益预放大单元2以及光检测单元3。所述光纤耦合单元1用于将空间信号光耦合进光纤；增益预放大单元2的输入端与所述光纤耦合单元1的输出端连接，用于对空间信号光进行增益放大并输入至光纤放大器的主光路；所述光检测单元3的输入端与所述增益预放大单元2的输出端连接，用于检测放大后的空间信号光以检测光纤放大器的输入光功率，并输出反馈信号至所述光纤耦合单元1，所述光纤耦合单元1根据所述反馈信号调整所述空间信号光与所述光纤的耦合位置，以使所述光纤中空间信号光的光强最大。
33.如图1所示，所述光纤耦合单元1包含：接收光学系统4及自适应调节器5，所述接收光学系统4接收空间信号光，并耦合进光纤中；所述自适应调节器5与所述接收光学系统4连接，用于根据反馈信号调整所述空间信号光与所述光纤的耦合位置。本实施例中，空间信号光的波长为1550nm。
34.所述增益预放大单元2包含：放大部及分光部。所述放大部包含至少一级光路放大模块，以对空间信号光进行分级预放大。所述光路放大模块包含光纤连接的第一光隔离器6、第一波分复用器8及增益光纤9，所述第一波分复用器8的输入端还连接有泵浦光。所述增益光纤9为掺稀土光纤，具体为掺铒光纤。每级光路放大模块中的泵浦光可来源于相互独立的泵浦源7，即每级光路放大模块中的第一波分复用器8的输入端均连接有泵浦源7，所述泵浦源7输出泵浦光，并经第一波分复用器8与光纤耦合单元1输出的空间信号光或前一级光路放大模块输出的预放大后的空间信号光耦合至所述增益光纤9；也可来源于同一个泵浦源7，这种情况下，相邻两级光路放大模块间设有第三波分复用器17，所述第三波分复用器17用于分离前一级光路放大模块输出的剩余泵浦光及分级放大后的空间信号光，并将剩余泵浦光输送至下一级光路放大模块的第一波分复用器8的输入端。
35.本实施例中，所述放大部包含一级光路放大模块，如图1所示，空间信号光经第一光隔离器6，与泵浦源7产生的波长为980nm的泵浦光耦合至掺饵光纤，掺饵光纤长度为6m，调整所述泵浦源7输出的泵浦光功率，可将空间信号光预放大10～20db。另一实施例中，所述放大部包含两级光路放大模块，光纤耦合单元1输出的空间信号经两级光路放大模块作用，输出更大增益的空间信号光，如图2所示，每级光路放大模块中的泵浦光来源于相互独立的泵浦源7。再一实施例中，所述放大部包含两级光路放大模块，两级光路放大模块间设有第三波分复用器17，如图3所示，第一级光路放大模块输出的混合信号光经所述第三波分复用器17分离为一级预放大的空间信号光及剩余泵浦光，该剩余泵浦光载输出至第二级光路放大模块的第一波分复用器8的输入端。
36.所述分光部的输入端与所述放大部的输出端连接，用于将放大后的空间信号光划分为两路，其中一路输入至光纤放大器的主光路，另一路输入至光检测单元3。具体地，所述分光部包含光纤连接的第二波分复用器10、第二光隔离器11、滤波器12及分光器13，所述第
二波分复用器10用于分离所述放大部输出的剩余泵浦光及预放大后的空间信号光，分离后的预放大的空间信号光依次经过第二光隔离器11、滤波器12与分光器13传输，并经所述分光器13分为两部分，其中大部分空间信号光进入主光路，与分离出的剩余泵浦光经第四波分复用器14耦合，参与后续光放大，小部分空间信号光进入光检测单元3。本实施例中，所述分光器13的分光比为98:2，所述滤波器12为增益平坦滤波器。
37.所述光检测单元3包含：光电探测器15，其与所述增益预放大单元2的输出端连接，用于将所述增益预放大单元2输出的小部分空间信号光转换为光电流；光电探测电路16，其与所述光电探测器15的输出端连接，所述光电探测电路16包含对数放大器，用于根据所述光电流分析所述光纤放大器输入端的光功率大小，并输出反馈信号至所述自适应调节器5。
38.本发明将光纤放大器输入端的微弱空间信号光经过增益预放大单元2放大后再进行分光及检测，相比传统的输入端直接分光的光纤放大器输入检测方法，信号光能量无损失，同时提高了进入光检测单元3的光功率，减轻了探测电路压力，可以大幅度提高激光通信链路接收端的接收灵敏度。此外，本发明采用结构简单、低噪声、高灵敏度的对数放大器检测光纤放大器输入端的光功率，可实时监测通信链路的有效性和稳定性，同时作为自适应调节器的反馈信号，减少接收光学系统与光纤接头的耦合误差，提高耦合效率，使得光纤中空间信号光的光强最大。
39.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。