高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源制造技术

本发明专利技术提供一种高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源，该光纤光源为多泵浦双程后向结构，采用自制备的掺铒光子晶体光纤作为增益介质。系统光路包括：980nm激光器、665nm激光器、第一波分复用器、掺铒光子晶体光纤、第二波分复用器、第一光谱滤波器、第二光谱滤波器、光纤隔离器。本发明专利技术光纤光源利用特殊波长激光器同时泵浦来实现有效的光褪色，从而保证了在空间辐照环境下，掺铒光纤光源的平均波长和输出功率的稳定性；同时采用平坦谱滤波器对输出光谱进行滤波整形使光源具有大带宽，从而保证光源具有较低的相对强度噪声特性，特别适合于高精度光纤陀螺的空间应用。合于高精度光纤陀螺的空间应用。合于高精度光纤陀螺的空间应用。

【技术实现步骤摘要】
高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源


[0001]本专利技术涉及一种宽带光纤光源，尤其涉及一种针对空间高精度光纤陀螺用的抗辐照掺铒光子晶体光纤光源。

技术介绍

[0002]作为一种有源光纤器件的增益和传输介质，掺铒光纤已经广泛的应用于陆地和海底长线或者高分布式通信系统。随着空间技术的不断发展，基于掺铒光纤的有源器件在空间的应用潜力已受到人们越来越多的关注。但太空充满宇宙射线的特殊环境必须引起人们重视。研究表明，在采用特殊的工艺技术时，泵浦激光器、普通光纤器件和器件尾纤已经具备较好的抗辐照能力，而掺铒光纤作为有源光纤器件的增益和传输介质，与普通光纤不同，除了掺Ge外，还根据需要掺杂了较高浓度的Al、Er和P等离子，这种材料结构使得掺铒光纤对辐照具有很高的敏感度。辐照射线能改变掺铒光纤的工作特性，甚至使之失效，这会对掺铒光纤光源与系统的可靠性和寿命造成严重影响，因此对掺铒光纤光源的防护技术的研究是空间应用必须解决的一项重要课题。
[0003]目前对掺铒光纤光源抗辐照问题的解决大都采用被动防护的方法，没有从本质上探索解决其抗辐照问题。被动防护法虽然能通过加重金属屏蔽来提高掺铒光纤光源的抗辐照性能，但在空间应用中过多的质量增加是不允许的。
[0004]掺铒光纤中，辐照引起的损耗是由于色心的产生；色心是由材料中的带电结构缺陷以及本身的掺杂和不纯俘获高能射线电离的电子和空穴形成的，在热、光等作用下辐照产生的损伤会得到恢复，这一过程这被称为褪色效应。基于褪色效应的抗辐照技术主要有两种，一种是热褪色，另一种是光褪色。对于热褪色这种方法，需要加热到很高的温度（300℃）才能产生明显的褪色效应，而如此高的温度会对其它光学器件造成伤害，因此不适合空间应用。光褪色抗辐射技术具有方法简单、适用性强、褪色效率高的独特优点，对于空间应用而言，是一种具有广阔发展潜力的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述缺陷，提供一种空间高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源，该光纤光源为多泵浦双程后向结构；光路结构中掺铒光纤采用掺铒光子晶体光纤作为增益介质，该掺铒光子晶体光纤经过特殊结构的设计，具有较低的截止波长，能保证多波长的光在所述掺铒光子晶体光纤中有效地传输。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源，所述光纤光源为多泵浦双程后向结构，所述光纤光源包括980nm激光器、665nm激光器、第一波分复用器、掺铒光子晶体光纤、第二波分复用器、第一光谱滤波器、第二光谱滤波器、光纤隔离器；所述980nm激光器和所述665nm激光器两个泵浦激光器作为泵浦光源，它们既是泵浦激光器，又是褪色用激光器，泵浦功率均可调；采用所述掺铒光子晶体光纤作为增益介质，所述光纤光源具有第一光路走向、第
二光路走向和褪色效应光路走向，褪色效应光路走向是第一光路走向和第二光路走向的综合；所述掺铒光子晶体光纤的制备方法包括以下步骤：1）采用外径为15mm
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20mm、内径为10mm
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13mm、壁厚为1mm
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2mm的石英管，在1300℃
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1500℃下将清洗过的纯二氧化硅玻璃衬管的内壁沉积8层
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10层的二氧化硅，然后采用石墨炉于80℃
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100℃下对石英管进行熔缩；2）对所述步骤1）得到的石英管于40℃
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50℃下沉积二氧化硅芯层，然后将其放入至含有铒离子和金属离子的共掺杂离子溶液中浸泡1h
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2h；3）将步骤2）得到的石英管于80℃
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100℃下烘干，去除衬管并拉丝制得用于形成所述A有源纤芯（41）的第一玻璃丝；4）另取2根石英管，重复步骤1），然后将得到的石英管放入至含有铈离子的掺杂离子溶液中浸泡1h
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2h；5）将步骤4）得到的1根石英管于50℃
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60℃下烘干，去除衬管并拉丝制得用于形成所述第一包层的第二玻璃丝，将步骤4）得到的第2根石英管于80℃
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100℃下烘干，去除衬管并拉丝制得用于第二包层的第三玻璃丝；6）将所述步骤3）形成的第一玻璃丝与所述步骤5）形成的第二玻璃丝和第三玻璃丝由内之外依次捆扎，成玻璃丝束，使得所述用于形成所述A有源纤芯（41）的第一玻璃丝处于中心，将获得的玻璃丝束与内套管、外套管同心嵌套，于2000℃
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2200℃下熔缩，然后冷却后涂覆一层聚四氟乙烯层，于30℃
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35℃下烘干形成实心的所述掺铒光子晶体光纤。
[0007]进一步地，所述980nm激光器与第一波分复用器的第一端熔接，所述第二光谱滤波器的入纤端与第一波分复用器的第二端熔接，第一波分复用器的第三端与掺铒馆子晶体光纤的第一端熔接，掺铒馆子晶体光纤的第二端与第二波分复用器的第一端熔接，第二波分复用器的第二端与第一光谱滤波器的一端熔接，第二波分复用器的第三端与所述665nm激光器的一端熔接；所述第二光谱滤波器的出纤端与所述光纤隔离器的入纤端熔接，所述光纤隔离器（8）的出纤端作为光输出端；所述第一波分复用器的第一端和第二端位于所述第一波分复用器的同一侧，所述第一波分复用器的第三端与所述第一波分复用器的第一端分别位于所述第一波分复用器的两侧；所述第二波分复用器的第二端和第三端位于所述第二波分复用器的同一侧，所述第二波分复用器的第一端与所述第二波分复用器的第二端分别位于所述第二波分复用器的两侧。
[0008]进一步地，所述掺铒光子晶体光纤的截面由内至外依次包括A有源纤芯（41）、第一包层、第二包层、涂覆层；所述第一包层围绕所述A有源纤芯四周按照六角形均匀分布有空气孔；所述涂覆层的材质为聚四氟乙烯，所述A有源纤芯材质为掺杂金属离子和铒离子的二氧化硅，所述第一包层和第二包层的材质为掺杂有铈离子的二氧化硅；所述掺铒光子晶体光纤的A有源纤芯与所述第一包层和第二包层形成的芯包层为0.5～1.0mm:5～10mm，所述A有源纤芯的直径为5μm～8μm。
[0009]进一步地，所述A有源纤芯材质中二氧化硅掺杂的金属离子为铝离子、铈离子、磷离子中的一种。
[0010]进一步地，所述步骤2）中的共掺杂离子溶液中的铒离子浓度为4M～5M，金属离子浓度为2M～3M。
[0011]进一步地，所述步骤4）的掺杂离子溶液中铈离子的浓度为3M
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6M。
[0012]进一步地，所述第一光路走向为：所述980nm激光器输出的980nm激光经所述第一波分复用器后，由掺铒光子晶体光纤的第一端进入所述掺铒光子晶体光纤中；所述掺铒光子晶体光纤对980nm激光进行放大自发辐射，生成前向光和后向光；所述前向光经所述第二波分复用器后，由第一光谱滤波器的一段进入所述第一光谱滤波器中；所述第一光谱滤波器对所述前向光进行反射，成为反射光；所述反射光再次折返进入所述第二波分复用器后，由所述掺铒光子晶体光纤的第二端进入所述掺铒光子晶体光纤中；所述掺铒光子晶体光纤对所述反射光进行光放大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源，其特征在于，所述光纤光源为多泵浦双程后向结构，所述光纤光源包括980nm激光器（1）、665nm激光器（2）、第一波分复用器（3）、掺铒光子晶体光纤（4）、第二波分复用器（5）、第一光谱滤波器（6）、第二光谱滤波器（7）、光纤隔离器（8）；所述980nm激光器（1）和所述665nm激光器（2）两个泵浦激光器作为泵浦光源，它们既是泵浦激光器，又是褪色用激光器，泵浦功率均可调；采用所述掺铒光子晶体光纤（4）作为增益介质，所述光纤光源具有第一光路走向、第二光路走向和褪色效应光路走向，褪色效应光路走向是第一光路走向和第二光路走向的综合；所述掺铒光子晶体光纤的制备方法包括以下步骤：1）采用外径为15mm
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20mm、内径为10mm
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13mm、壁厚为1mm
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2mm的石英管，在1300℃
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1500℃下将清洗过的纯二氧化硅玻璃衬管的内壁沉积8层
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10层的二氧化硅，然后采用石墨炉于80℃
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100℃下对石英管进行熔缩；2）对所述步骤1）得到的石英管于40℃
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50℃下沉积二氧化硅芯层，然后将其放入至含有铒离子和金属离子的共掺杂离子溶液中浸泡1h
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2h；3）将步骤2）得到的石英管于80℃
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100℃下烘干，去除衬管并拉丝制得用于形成所述A有源纤芯（41）的第一玻璃丝；4）另取2根石英管，重复步骤1），然后将得到的石英管放入至含有铈离子的掺杂离子溶液中浸泡1h
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2h；5）将步骤4）得到的1根石英管于50℃
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60℃下烘干，去除衬管并拉丝制得用于形成所述第一包层（42）的第二玻璃丝，将步骤4）得到的第2根石英管于80℃
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100℃下烘干，去除衬管并拉丝制得用于第二包层（43）的第三玻璃丝；6）将所述步骤3）形成的第一玻璃丝与所述步骤5）形成的第二玻璃丝和第三玻璃丝由内之外依次捆扎，成玻璃丝束，使得所述用于形成所述A有源纤芯（41）的第一玻璃丝处于中心，将获得的玻璃丝束与内套管、外套管同心嵌套，于2000℃
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2200℃下熔缩，然后冷却后涂覆一层聚四氟乙烯层，于30℃
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35℃下烘干形成实心的所述掺铒光子晶体光纤。2.根据权利要求1所述的高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源，其特征在于，所述980nm激光器（1）与第一波分复用器（3）的第一端（31）熔接，所述第二光谱滤波器（7）的入纤端与第一波分复用器（3）的第二端（32）熔接，第一波分复用器（3）的第三端（31）与掺铒馆子晶体光纤（4）的第一端（41）熔接，掺铒馆子晶体光纤（4）的第二端（42）与第二波分复用器（5）的第一端（51）熔接，第二波分复用器（5）的第二端（52）与第一光谱滤波器（6）的一端（61）熔接，第二波分复用器（5）的第三端（53）与所述665nm激光器（2）的一端熔接；所述第二光谱滤波器（7）的出纤端与所述光纤隔离器（8）的入纤端熔接，所述光纤隔离器（8）的出纤端作为光输出端；所述第一波分复用器（3）的第一端（31）和第二端（32）位于所述第一波分复用器（3）的同一侧，所述第一波分复用器（3）的第三端（33）与所述第一波分复用器（3）的第一端（31）分别位于所述第一波分复用器（3）的两侧；所述第二波分复用器（5）的第二端（52）和第三端（53）位于所述第二波分复用器（5）的同一侧，所述第二波分复用器（5）的第一端（51）与所述第二波分复用器（5）的第二端（52）分别位于所述第二波分复用器（5）的两侧。
3.根据权利要求1所述的高精度光纤陀螺用抗辐照掺铒光子晶体光纤光源，其特征在于，所述掺铒光子晶体光纤的截面由内至外依次包括A有源纤芯（41）、第一包层（42）、第二包层（43）、涂覆层（44）；所述第一包层（42）围绕所述A有源纤芯（41）四周按照六角形均匀分布有空气孔（421）；所述涂覆层（44）的材质为聚四氟乙烯，所述A...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成林，
申请(专利权)人：瑞燃上海环境工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：