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空间用光纤激光发射器技术进展

美国航空航天局戈达德太空飞行中心(NASA’s Goddard Space Flight Center —GSFC)致力于大气中二氧化碳遥感应用的激光发射器设计的技术准备,数年来GSFC一直在开发机载二氧化碳雷达装备,验证仪器和测量技术的有效性,链接科学模型与仪器性能。最终目标是使空基卫星测量数据覆盖全球,为了实现这一点,必须验证所有器件的技术准备和性能,并验证满足信噪比要求链路所需要的功率缩放。迄今为止,所有的仪器组件都已被证明满足激光发射器的性能要求。本项目中正在研究一种基于光纤的主振荡功率放大器(MOPA)激光发射器架构,将开发强化封装并执行相关的环境测试来验证TRL-6。

激光发射器光学性能要求

  表中概述了激光发射器的光学性能要求,这些要求来源于二氧化碳测量和仪器结构的科学目标,决定采用主振荡器功率放大器(MOPA)激光构架是因为复杂的频谱要求,决定采用掺铒光纤放大器(EDFA)实现功率放大是因为技术成熟度和之前的性能验证。

  总体构架由三个模块组成:一个种子激光器模块、一个前置放大器模块、八个平行功率放大器模块。种子模块是能够实现多阶波长、连续波输出的二极管源。前置放大器模块包括多个掺铒光纤放大器(EDFA)级、调幅和将信号分成8个不同输出光纤的信号分频器。每个前置放大器输出光纤馈送一个功率放大器模块。

  目前这两种方法有望达到激光发射器的全部性能目标,额外的优化仍有待完成包括SBS阈值、电光转换效率、ASE和光纤长度等。针对后续的放大器脉冲整形需要完成实现一个矩形脉冲最终输出。

  种子激光器构架示意图

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