用于空間通信的小型化高功率低噪聲光纖放大器

陳文韜，徐劍秋，歐陽春梅

（1 天津大學 精密儀器與光電子工程學院，天津 300072）

（2 蘇州市激光智能制造技術研究所，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

1.5 μm 波段的光纖激光器與放大器具有對人眼無害的優異特性，被廣泛應用于空間激光通信、高分辨率傳感、激光雷達、光纖通信等領域［1-6］。研究發現，可以使用拉曼激光器、摻鉺光纖激光器（Erbium Doped Fiber Laser，EDFL）以及鉺鐿共摻光纖激光器（Erbium-Ytterbium co-Doped Fiber Laser，EYDFL）來產生1.5 μm 波段的激光［7-8］。隨著航天技術的蓬勃發展，空間通信尤其是微波光傳輸系統非常需要高功率、高效率的激光器與放大器來滿足其速率高、容量大、傳輸距離長的要求［9］。星間微波光子系統通過將微波信號調制到激光上來傳輸到另一顆衛星，信號經遠距離傳輸后損耗很大，需要利用摻鉺光纖放大器作為前置放大器來提高信噪比［10］。要獲得較高功率輸出，采用更大纖徑的增益光纖是最好的選擇，但是純摻鉺的光纖激光器的輸出功率受到鉺離子的聚集和成對誘導的猝滅效應的限制。2014年KOTOV L V 等使用纖芯直徑為34 μm 的摻鉺光纖作為增益介質，在1 585 nm 波長處獲得了功率為103 W 的單頻窄線寬激光輸出，但光束質量非常差［11］。人們通過將鐿離子（Ytterbium ion，Yb3+）與鉺離子（Erbium ion，Er3+）共摻雜以增加光纖中鉺的摻雜劑濃度來緩解這些問題。2018年，YANG Changsheng 等［12］利用纖芯直徑為25 μm 的大模場面積鉺鐿共摻保偏雙包層光纖，獲得了功率為15 W、線寬為4.5 kHz、偏振消光比大于23 dB 的1 603 nm 連續單頻激光輸出。雖然大纖徑光纖擁有更多的摻雜粒子數和更大的泵浦光作用面積，可以獲得高功率輸出，但由于較差的彎曲特性，需要體積更大的結構來承載［13］。……