开创新波段2.07 μm光纤激光大气传输特性研究
【长春理工大学王天枢教授课题组】

 

主动锁模光纤激光器具有线宽窄、波长可调谐、重复频率高、温度特性好等特点,因而有着广泛的应用前景。尤其是2 μm波段覆盖几个强OH-吸收峰,并且处于大气窗口,因此该波段的激光器被广泛应用于激光医疗、激光雷达、空间激光通信等领域。随着掺稀土元素光纤制备工艺的提升,掺铥光纤、掺钬光纤的增益谱可覆盖1.7 μm~2.2 μm。根据米氏散射条件,光在大气中传输的散射强度与波长的平方成反比,随着激光波长的红移,受到散射的影响减小。此外,波长大于2 μm的激光避开了CO2、CH4等几种常见气体分子的吸收峰,相较于传统的1.55 μm大气激光通信波段,新型的2 μm波段更适于在湍流条件下传输。目前关于2 μm波段光纤激光的研究主要集中于高能量、窄脉宽锁模脉冲的产生,针对波长超过2 μm的高重频锁模脉冲产生的相关研究较为匮乏。开展2 μm波段高重频、高稳定性锁模脉冲的研究及其在湍流条件下的传输特性研究为未来全波段通信提供了理论基础,对拓展空间激光通信新波段具有重要意义。

长春理工大学王天枢教授课题组开展了2.07 μm高重频主动锁模掺钬光纤激光器的相关研究,针对波长超过2 μm高稳定性锁模脉冲的产生,超高重复频率波长可调谐的锁模脉冲产生,2 μm锁模激光时钟同步、调制/解调技术,锁模光纤激光在湍流信道中传输特性等方面进行了深度研究。针对锁模光纤激光产生部分相干光抑制大气闪烁因子的研究,课题组发表了“基于宽谱锁模光纤激光载波在模拟信道中的闪烁指数抑制”(Optics Letters, 2018, 43(14), 见图1),课题组发表在《光电工程》2020年无线光通信专题的“2.07 μm光纤激光在弱湍流条件下的传输特性研究”一文为2 μm锁模光纤激光产生及调制/解调研究阶段工作进展(见图2);目前课题组还发表了“基于掺钬主动锁模光纤激光器的2 μm自由空间数据传输”(IEEE Photonics Technology Letters, 2020, 32(5), 见图3);更多研究内容可关注课题组相关报道。

图1 部分相干光与相干光在湍流条件下闪烁因子、误码率对比

图 2 高重频主动锁模脉冲、传输眼图

图 3 1.55 μm与2 μm光纤激光在湍流条件下传输的功率抖动对比

本研究获得了国家自然科学基金(61975021)的资助。

研究团队简介

长春理工大学王天枢教授课题组长期从事光纤激光器及空间激光传输特性研究,承担多项军委科技委、国家自然基金等国家级科研项目,在研项目10余项。在Optics LettersOptics Express等光学重要期刊上发表学术论文60余篇,申请国家授权发明专利20余项,2018年获吉林省技术发明一等奖,研究成果“2 μm宽带可调谐光纤激光器”经第三方成果评价获得“国内领先,国际先进”评价。课题组在2 μm超快光纤激光器方面针对全光纤飞秒激光产生,高能量锁模脉冲产生及高重复频率锁模脉冲产生获得了一系列突破。在空间激光传输特性研究方面开展了部分相干光在湍流信道中传输抑制闪烁因子的研究,在此基础上突破了2 μm锁模光纤激光大气传输特性研究,获得了多项研究成果。

相关论文

林鹏, 王天枢, 马万卓, 等. 2.07 μm光纤激光在弱湍流条件下的传输特性研究[J]. 光电工程, 2020, 47(3): 190588.

DOI:10.12086/oee.2020.190588