一种用于光纤水听器阵列的光发射装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于光纤水听器阵列的光发射装置，所述光发射装置包括N个窄线宽光源、波分复用器、声光调制器组件、第一光纤放大器、波分延时及预加重组件以及第二光纤放大器，其中，N为大于1的自然数，且N与所述光纤水听器阵列的波分复用通道数相等。本发明专利技术的光发射装置通过波分延时及预加重组件将多波长光脉冲分波长延时错峰输出，并进行功率预加重后，再进行功率放大，充分实现多波长高功率光放大，在提高输出功率的同时极大地降低了自发辐射噪声、非线性的噪声积累及波形畸变情况，提升了光发射装置的输出光脉冲功率和信噪比，有效改善远距离传输性能，提升岸基固定式光纤水听器阵列传输距离和对微弱信号的探测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于光纤水听器阵列的光发射装置
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种用于光纤水听器阵列的光发射装置。
技术介绍
声波是唯一能够在水下进行远距离传播的能量辐射形式。水听器是利用声波对水下目标进行探测、定位和识别的传感器，是现代军事中的水下雷达。光纤水听器作为一种新型的水声探测器件，从其诞生之日起就展现出传统压电水听器无法比拟的优越性，如灵敏度高、带宽较宽、湿端全光、稳定性高、耐高温抗腐蚀、传输距离远及可大规模复用等，并在军事、商业及科研等多个领域逐步取代传统压电水听器而得到应用。海底岸基固定式光纤声呐系统作为光纤水听器阵列的主要应用形式之一，是目前最先进的海洋被动式探测系统。近年来，随着舰艇目标降噪技术的不断提升及对声呐系统探测距离和探测精度要求的不断提高，海底岸基固定式光纤阵列的规模不断扩大，基元数上升至几千甚至几万，传输距离也逐步扩展至几百甚至几千公里。中继传输和无中继传输是海底岸基固定式光纤声呐系统远距离传输的两种应用形式，其中无中继传输支持光纤水听器阵列百公里级的传输需求，中继传输支持光纤水听器阵列千公里级的传输需求，为近海和远海探测提供了支撑。光纤水听器阵列通常采用时分、波分和空分混合复用的组阵方式，但随着岸基固定式光纤阵列朝着超大规模、超远距离的方向发展，阵列多采用时分和波分混合复用方式，通过单纤对复用128基元、甚至256基元光纤水听器阵列，极大地减少了光缆纤对数，降低了系统复杂度和成本。但大规模密集复用的远距离传输系统对光发射装置提出了更高的要求，主要有以下几点：(1)多波长、高功率、低重复频率、低占空比的光脉冲或脉冲对输出：对于一个N×M的混合复用系统(N为波分复用数，M为时分复用数)，要求光发射装置输出总功率达到16dBm以上的N波长，低占空比(≤1/M)的复用光脉冲或脉冲对，脉宽在几百ns量级，脉冲重复频率在几百kHz量级；(2)为了提高远距离传输岸基固定式光纤阵列对微弱信号的探测能力，要求光发射装置输出高光信噪比(OSNR)的多波长光脉冲或脉冲对信号，并具备对光放大和传输过程中线性和非线性噪声的抑制功能；(3)为了提高远距离传输岸基固定式光纤声呐系统各波长通道性能的一致性，避免因多波长光信号远距离传输和放大引起的功率不均衡过大造成系统性能劣化，要求光发射装置具备波长通道功率预加重功能。目前，光纤水听器阵列系统常用的光发射装置采用多波长光脉冲同时高增益、高功率放大输出的方式，以一个N×M的波分/时分混合复用系统为例，现有的光发射装置的结构为N台等波长间隔的光纤水听器，用窄线宽光源(λ1～λN)经波分复用器合波到单根光纤，波分复用器输出接声光调制器模块，以产生特定占空比(≤1/M)的复用光脉冲或脉冲对，复用光脉冲或脉冲对同时进入多波长光纤功率放大器，经过高增益、高功率放大后输出，功率放大后的N波长复用光脉冲或脉冲对再同时输入到远距离传输系统进行传输。基于上述光发射装置的远距离传输岸基固定式光纤声呐系统仍有技术缺陷：首先，多波长光纤功率放大器对N波长复用光脉冲或脉冲对同时进行高增益功率放大过程中会发生严重的四波混频(FWM)效应，引起波长通道的频率转移和消耗，降低光发射装置输出信号光功率和光信噪比，并且在远距离传输中会进一步恶化波长通道性能。其原因在于，多波长光纤功率放大器中的掺铒增益光纤相比于普通单模光纤纤芯有效面积小，低占空比的复用光脉冲或脉冲对的峰值功率高，功率密度大，作用距离短(通常为几十m量级)，各波长通道相位匹配条件好。此外，低占空比的光脉冲或脉冲对同时进入光纤功率放大器进行高增益功率放大，光纤功率放大器在小于等于1/M时间段内发生剧烈的粒子数反转，激发态粒子被急剧消耗，会产生增益饱和而出现光脉冲前高后低的畸变现象；而在大于(M-1)/M时间段内，大量的激发态粒子长时间处于空闲状态，会产生严重的自发辐射而引入大量的自发辐射(ASE)噪声，ASE噪声的增加将恶化光发射装置的输出光信噪比，进而恶化岸基固定式光纤声呐系统的相位噪声，降低对微弱信号的探测能力。其次，远距离无中继传输系统中，为了补偿远距离传输和大规模密集复用光纤水听器阵列带来的巨大损耗，通常光发射装置会输出高功率的多波长光脉冲信号进入远距离无中继传输系统，高功率多波长光脉冲信号在远距离光纤传输过程中会发生严重的自发拉曼散射效应，造成长波长信号被短波长信号放大，引起能量红移，其中最短和最长波长通道影响最严重，因为它们转移能量给增益带宽内的其它所有波长通道，会造成波长通道功率不均衡加剧，短波长通道光信噪比严重降低。此外，为进一步增加无中继传输距离，通常会引入光纤拉曼放大器对光纤传输损耗进行补偿，光纤拉曼放大器利用受激拉曼散射效应对信号光进行泵浦放大，其拉曼增益谱的不平坦会进一步加剧各波长通道功率不均衡，严重影响各波长通道性能的一致性。拉曼散射效应的不均匀放大特性会使一些波长通道在传输过程中功率水平过高，非线性效应明显，非线性噪声积累严重，而另外一些波长通道在传输过程中功率水平过低，光信噪比下降严重，恶化系统整体性能，限制远距离无中继传输距离。另外，在远距离中继传输系统中，中继放大器增益谱的不平坦会造成随着中继器级联级数的增加而各波长通道功率不均衡加剧，同样会使一些波长通道在传输过程中维持过高的功率水平，非线性效应明显，非线性噪声积累严重，而另外一些波长通道在传输过程中功率水平过低，光信噪比下降严重，恶化系统整体性能。此外，中继放大器的增益与对应跨段光纤损耗的不匹配也会造成中继放大器的增益谱在信号带宽内的倾斜，加剧各波长通道功率的不均衡。此外，多波长光脉冲同时进入中继传输系统，在光脉冲打开和关闭的瞬间，会产生“光浪涌”现象，“光浪涌”现象的发生会导致输出功率瞬间增大，产生严重的非线性效应，非线性噪声积累严重，系统性能恶化。综上，目前已有的光纤水听器光发射装置方案虽然能够实现多波长、低占空比光脉冲或脉冲对的输出，但无法满足高功率、高光信噪比，光放大和传输过程中的线性和非线性噪声抑制及对波长通道功率预加重的要求。因此，针对大规模密集复用远距离传输的应用需求，迫切需要突破现有技术方案的瓶颈，发展一种能够同时满足多波长、高功率、低占空比、高光信噪比、低噪声并具备波长通道功率预加重功能的高性能光发射装置，应用于大规模密集复用远距离传输的岸基固定式光纤声呐系统等相关领域。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上面描述的问题。本专利技术的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的光发射装置。具体地，本专利技术提供能够同时满足多波长、高功率、低占空比、高光信噪比、低噪声并具备波长通道功率预加重功能的光发射装置。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于光纤水听器阵列的光发射装置，所述光发射装置包括N个窄线宽光源、波分复用器、声光调制器组件、第一光纤放大器、波分延时及预加重组件以及第二光纤放大器，其中，N为大于1的自然数，且N与所述光纤水听器阵列的波分复用通道数相等；所述波分复用器包括N个输入端口，分别与N个所述窄线宽光源的输出端一一对应连接，用于将N个所述窄线宽光源发出的N束不同波长的光信号合波为一束多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光纤水听器阵列的光发射装置，其特征在于，所述光发射装置包括N个窄线宽光源(1)、波分复用器(2)、声光调制器组件(3)、第一光纤放大器(4)、波分延时及预加重组件(5)以及第二光纤放大器(6)，其中，N为大于1的自然数，且N与所述光纤水听器阵列的波分复用通道数相等；/n所述波分复用器(2)包括N个输入端口，分别与N个所述窄线宽光源(1)的输出端一一对应连接，用于将N个所述窄线宽光源(1)发出的N束不同波长的光信号合波为一束多波长连续光信号并输出；/n所述声光调制器组件(3)与所述波分复用器(2)的输出端口通过光纤连接，用于将多波长连续光信号调制为多波长复合光脉冲信号并输出；/n所述第一光纤放大器(4)与所述声光调制器组件(3)的输出端口通过光纤连接，用于对多波长复合光脉冲信号进行预放大并输出；/n所述波分延时及预加重组件(5)与所述第一光纤放大器(4)的输出端口通过光纤连接，用于对多波长复合光脉冲信号进行分波长延时和功率预加重处理并输出；/n所述第二光纤放大器(6)与所述波分延时及预加重组件(5)的输出端口通过光纤连接，用于对所述波分延时及预加重组件(5)的输出信号进行高增益功率放大并输出。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤水听器阵列的光发射装置，其特征在于，所述光发射装置包括N个窄线宽光源(1)、波分复用器(2)、声光调制器组件(3)、第一光纤放大器(4)、波分延时及预加重组件(5)以及第二光纤放大器(6)，其中，N为大于1的自然数，且N与所述光纤水听器阵列的波分复用通道数相等；
所述波分复用器(2)包括N个输入端口，分别与N个所述窄线宽光源(1)的输出端一一对应连接，用于将N个所述窄线宽光源(1)发出的N束不同波长的光信号合波为一束多波长连续光信号并输出；
所述声光调制器组件(3)与所述波分复用器(2)的输出端口通过光纤连接，用于将多波长连续光信号调制为多波长复合光脉冲信号并输出；
所述第一光纤放大器(4)与所述声光调制器组件(3)的输出端口通过光纤连接，用于对多波长复合光脉冲信号进行预放大并输出；
所述波分延时及预加重组件(5)与所述第一光纤放大器(4)的输出端口通过光纤连接，用于对多波长复合光脉冲信号进行分波长延时和功率预加重处理并输出；
所述第二光纤放大器(6)与所述波分延时及预加重组件(5)的输出端口通过光纤连接，用于对所述波分延时及预加重组件(5)的输出信号进行高增益功率放大并输出。


2.如权利要求1所述的光发射装置，其特征在于，所述波分延时及预加重组件(5)包括多波长光脉冲输入端口(51)、分波延时支路(52)、功率预加重支路(53)、合波支路(54)以及输出端口(55)，所述多波长光脉冲输入端口(51)与所述第一光纤放大器(4)的输出端通过光纤连接，所述分波延时支路(52)用于依次延时下载多波长复合光脉冲信号中的各个波长的光脉冲；所述功率预加重支路(53)用于独立调节所述分波延时支路(52)下载的各个波长的光脉冲的功率；所述合波支路(54)用于依次上载并合并所述功率预加重支路(53)调节后的各个波长的光脉冲，合成功率预加重的多波长准连续光信号；所述输出端口(55)用于输出合束后的多波长准连续光信号。


3.如权利要求2所述的光发射装置，其特征在于，所述分波延时支路(52)包括N个分波器件(521)和N-1个与N个所述分波器件(521)交替设置的光纤延时环(522)，所述功率预加重支路(53)包括N个电可调光衰减器(531)，所述合波支路(54)包括N个合波器件(541)，其中，N个所述分波器件(521)与N个所述电可调光衰减器...

【专利技术属性】
技术研发人员：克金龙，吴建波，张磊，王佳安，石亚莉，闫高健，周研，李友如，
申请(专利权)人：中科长城海洋信息系统有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11