可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置制造方法
【专利摘要】可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，应用于超远距离空间通信领域，为了实现高速激光大功率发射和超远距离传输，种子源经耦合器分光，一束光作为参考光输入到相位控制器中，另一束光进行高速信息调制；射频信号发生器与另一束光进入强度调制器得到高速调制信号，该信号经耦合器平均分光后分别进入四个相位控制器进行相位控制得到四路高速调制光，所述四路高速调制光分别进入四个光纤放大器进行高功率放大，再经过合束器相干合束；分光器将1%合束激光输出至相位控制器中，该合束激光与参考光相位比较，再通过相位控制器处理发出相位控制信号，四个相位调制器接收到相位控制信号后控制每路光的相位，保证相干合束和发射角扫描。
【专利说明】可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，其应用于深空、星际等超远距离空间通信领域。
【背景技术】
[0002]空间探测产生的大量科学数据需要依靠大容量、超远距离的空间信息传输技术。深空通信的最大特点是远距离无中继传输，航天器发射功率有限，而射频传播损耗与距离平方成正比，射频信号也限制了通信的传输带宽。因此，如何弥补巨大损耗实现远距离宽带通信是深空通信面临的最大难题。在深空通信领域，激光通信可以克服传输距离远、带宽窄等缺点。
[0003]目前激光通信系统采用单独的高精度跟瞄装置，而1.55μπι半导体激光种子源经掺铒光纤放大器后的主振荡功率放大发射系统，受放大器饱和输出限制使最大功率仅为5W左右，从而限制了超远距离的深空传输。光纤激光器具有效率高、光束质量好、输出功率高等优点，而光纤激光器激光在很细的纤芯中产生，不能承受大平均功率，单芯功率低。
[0004]多路光相干束合成是很好的解决办法，理论上相干合成光束远场中心的强度是非相干合成光束的η倍(η为合成光束的路数)。光纤激光相控阵技术就是目前新兴的光纤激光相干合成技术，不仅可实现高发射功率，还能对发射光束扫描，可用于激光通信动态连接。因此，光纤激光相控阵技术应用于深空高速信息远距离传输，对研究深空及星际高速激光通信技术具有重要科学意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了实现高速激光大功率发射和超远距离传输，提出一种可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置。
[0006]本发明采用以下技术方案:
[0007]可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，其特征是，种子源经耦合器分光，其中一束光作为参考光，输入到相位控制器中，另一束光进行高速信息调制，射频信号发生器与所述另一束光进入强度调制器得到高速调制信号，高速调制信号经耦合器平均分光后分别进入第一相位控制器、第二相位控制器、第三相位控制器和第四相位控制器进行相位控制得到四路高速调制光，所述四路高速调制光分别进入第一光纤放大器、第二光纤放大器、第三光纤放大器和第四光纤放大器进行高功率放大，再经过合束器相干合束；分光器将一小部分合束激光输出至相位控制器中，该合束激光与参考光相位比较，再通过相位控制器处理发出相位控制信号，四个相位调制器接收到相位控制信号后控制每路光的相位，保证相干合束和发射角扫描。
[0008]本发明的有益效果是:
[0009]本发明通过动态连接，可以实现空间载波光源的动态输出；其通过多次合束放大，可以实现大功率输出；其实现了长距离通信，可以应用于超远距离深空高速信息传输。[0010]本发明为光纤激光相控阵高速信息传输结构，其结构简单，成本低，操作方便，可以实现光束大角度偏转，承受大功率光束，响应速度低，不具有回扫现象，适合于深空激光通信和科学研究之用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1:本发明可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置；其中，实线表不光信号，虚线表不电信号。
[0012]图2:本发明可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置在4万到35万公里的深空激光通信链路仿真图。
[0013]图3:本发明相位差Δφ=-π/2时，远场光束主瓣向左偏传，其中a为强度效果图，b为强度分布图。
[0014]图4:本发明相位差Δφ=0，远场光束主瓣在远场中心位置，其中a为强度效果图，b为强度分布图。
[0015]图5:本发明相位差Δφ=π/2，远场光束主瓣向右偏转,其中a为强度效果图，b为强度分布图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对发明做进一步说明。
[0017]如图1所示，可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，包括种子源1、耦合器2、强度调制器3、耦合器4、第一相位调制器5、第二相位调制器6、第三相位调制器7、第四相位调制器8、第一光纤放大器9、第二光纤放大器10、第三光纤放大器11、第四光纤放大器12、合束器13、相位控制器14、分光器15和射频信号发生器16。种子源I的输出端与耦合器2输入端201连接，耦合器2的第一输出端202与强度调制器3的端口 301连接，耦合器2的第二输出端203与相位控制器14的第一输入端口 1401连接，强度调制器3的端口 302与耦合器4的输入端口 401连接，射频信号发生器16与强度调制器3的另一端口 303连接；耦合器4的第一输出端口 402与第一相位调制器5的输入端口 501连接，第一相位调制器5的输出端口 502与第一光纤放大器9的输入端口连接；稱合器4的第二输出端口 403与第二相位调制器6的输入端口 601连接，第二相位调制器6的输出端口 602与第二光纤放大器10的输入端口连接；耦合器4的第三输出端口 404与第三相位调制器7的输入端口 701连接，第三相位调制器7的输出端口 702与第三光纤放大器11的输入端口连接；耦合器4的第四输出端口 405与第四相位调制器8的输入端口 801连接，第四相位调制器8的输出端口 802与第四光纤放大器12的输入端口连接；第一光纤放大器9的输出端口与合束器13的第一输入端口 1301连接,第二光纤放大器10的输出端口与合束器13的第二输入端口 1302连接，第三光纤放大器11的输出端口与合束器13的第三输入端口 1303连接，第四光纤放大器12的输出端口与合束器13的第四输入端口 1304连接；合束器13的输出端口 1305与分光器15的输入端口 1501连接，分光器15的第一输出端口 1502与相位控制器14的第二输入端口 1402连接,相位控制器14的端口 1403输出信号分别与第一相位调制器5的端口 503、第二相位调制器6的端口 603、第三相位调制器7的端口 703及第四相位调制器8的端口 803连接；分光器15的第二端口 1503作为输出。
[0018]优选的，种子源I采用1.06 μ m单纵模窄线宽激光器种子源经高功率掺镱光纤放大器输出，采用保偏光纤输出以保持激光线偏振和稳定的单纵模。
[0019]优选的，四个相位调制器均采用波导型光纤输入/输出的相位调制器进行相位控制。
[0020]优选的，合束器13采用光纤V型槽激光合束器件进行合束。
[0021]可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，种子源I经耦合器2分光，其中一束光作为参考光，在参考光分光之后进行高速信息调制，IOGbps射频信号16与另一束光进入强度调制器3得到高速调制信号，高速调制信号经耦合器4平均分光后分别进入第一相位控制器5、第二相位控制器6、第三相位控制器7、第四相位控制器8进行相位控制得到四路高速调制光，所述四路高速调制光分别进入第一光纤放大器9、第二光纤放大器10、第三光纤放大器11、第四光纤放大器12进行高功率放大，再经过合束器13相干合束。光束通过上述相位调制器后再经高功率光纤放大器放大，功率将达IOW左右。再通过合束器13使同源激光相干合束，通过合束器13后四路IOW激光相干合束可达28W。分光器15将1%合束激光与参考激光相位比较，根据二者的相位偏差，再通过相位控制电路14处理发出相位控制信号，通过相位调制器控制每路光的相位，保证相干合束和发射角扫描。
[0022]图2为本发明装置的4万到35万公里的深空激光通信链路仿真图，可知，通信距离在35万公里时，其安全裕量为7.26dB，具有很大空间来降低通信接受器件的灵敏度。
[0023]图3至图5为本发明装置在通信距离为40公里时，远场强度分布图，分别调节各
移相器中激光束相位可控制光束的波前，实现光束偏转。图3为相位差Δφ=-π/2，远场光
束主瓣向左偏传。图4为相位差Δφ=0，主瓣在远场中心位置。图5为相位差Δφ=π/2，主
瓣向右偏转。此时，在-Ji/2和/2区域内，光纤激光相控阵可实行动态扫描，实现动态连接。此时，基于光纤激光相控阵源的激光通信系统中，每台激光通信端机作为一个节点，每个节点之间的光束偏转区域为动态连接的区域，在此区域内，可以依靠光纤激光相控阵实现动态通信。
【权利要求】
1.可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，其特征是，种子源(I)经率禹合器(2)分光,其中一束光作为参考光,输入到相位控制器(14)中，另一束光进行高速信息调制，射频信号发生器(16)与所述另一束光进入强度调制器(3)得到高速调制信号，高速调制信号经耦合器(4)平均分光后分别进入第一相位控制器(5)、第二相位控制器(6)、第三相位控制器(7)和第四相位控制器(8)进行相位控制得到四路高速调制光，所述四路高速调制光分别进入第一光纤放大器(9)、第二光纤放大器(10)、第三光纤放大器(11)和第四光纤放大器(12)进行高功率放大，再经过合束器(13)相干合束；分光器(15)将1%合束激光输出至相位控制器(14)中，该合束激光与参考光相位比较，再通过相位控制器(14)处理发出相位控制信号，四个相位调制器接收到相位控制信号后控制每路光的相位，保证相干合束和发射角扫描。
2.如权利要求1所述的可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，其特征是，所述的种子源(I)采用1.06 μ m单纵模窄线宽激光器种子源经高功率掺镱光纤放大器输出，采用保偏光纤输出以保持激光线偏振和稳定的单纵模。
3.如权利要求1所述的可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，其特征是，所述的相位调制器(5)、相位调制器(6)、相位调制器(7)、相位调制器(8)采用波导型光纤输入/输出的相位调制器进行相位控制。
4.如权利要求1所述的可动态连接的高功率光纤激光相控阵高速信息发射装置，其特征是，所述的合束器(13)采用光纤V型槽激光合束器件进行合束。
【文档编号】H04B10/50GK103944641SQ201410160325
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】王天枢, 孙宏伟, 韩建, 张鹏, 贾青松, 张立中, 姜会林 申请人:长春理工大学