Станция для одновременного тестирования набора лазерных волоконных усилителей

Изобретение относится к области автоматизированных систем для длительного испытания узлов лазерных систем. Изобретение представляет собой станцию для оценки времени жизни тестируемого каскада усиления волоконного лазера, включающую задающий лазер для генерации лазерных импульсов, оптоволокно для передачи лазерных импульсов, первый предусилитель для усиления импульсов из задающего лазера и увеличения соотношения сигнала к шуму, акустооптический модулятор для управления частотой следования импульсов, второй предусилитель для усиления сигнала до уровня сигнала одного волоконного усилителя из каскада усиления, третий предусилитель для усиления сигнала до уровня нескольких волоконных усилителей из каскада усиления, разветвитель для деления сигнала из третьего предусилителя в равном соотношении и передачи его в тестируемые волоконные усилители, диоды накачки, создающие инверсную населенность в тестируемых волоконных усилителях, подключенные через электрические контакты к источникам тока, ответвители мощности с фотодиодами, которые служат для ответвления небольшой доли мощности на измерительные фотодиоды, АЦП, осуществляющий оцифровку сигнала с измерительных фотодиодов, и передающий сигнал на компьютер с управляющей программой, при этом станция включает управляющую плату, осуществляющую изменение параметров перечисленных устройств и сбор данных, а также блок данных. Технический результат заключается в создании автоматизированной станции долговременного тестирования лазерных волоконных усилителей, которая позволяет испытывать до 8 усилителей и более единовременно. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области автоматизированных систем для длительного испытания узлов лазерных систем.

Уровень техники

Из уровня техники известен патент США №6160568, опубликованный в 14 августа 2001 года Fiber gain medium marking system pumped or seeded by a modulated laser diode source and method of energy control (Система маркировки с усилением в волокне, накачиваемая или усиливающая задающие импульсы с помощью модулированного лазерного диода и метод управления энергией). В документе описаны системы с усиливающим излучение волокном, имеющем двухслойную оболочку, предназначенные для маркировки знаков на поверхностях изделий. Системы обеспечивают модулированный сигнал на выходе из накачивающего или генерирующего полупроводникового лазерного источника в двухслойную волоконную среду усиления, которая обеспечивает усиленную маркировку.

Из уровня техники известна статья Estimating laser diode lifetimes and activation energy (Оценка времени жизни и энергии возбуждения лазерных диодов), Patrick Gale (Патрик Гейл), ILX Ligthwave, в которой описан метод оценки времени жизни лазерных диодов. Недостатком решения является ограниченность использования и возможность оценки времени жизни относительно простых лазерных систем.

Техническая задача и технический результат

Технической задачей является разработка станции для оценки времени жизни мощного каскада усиления пикосекундного волоконного лазера.

Технический результат совпадает с технической задачей. Создана автоматизированная станция долговременного тестирования лазерных волоконных усилителей, которая позволяет испытывать до 8 усилителей и более единовременно. Данная станция позволяет проводить также тесты с варьированием температуры и тесты по многократному включению-выключению.

Решение

Для решения поставленной задачи предлагается станция для оценки времени жизни тестируемого каскада усиления волоконного лазера, включающая задающий лазер для генерации лазерных импульсов, которые затем последовательно направляются через оптоволокно в первый предусилитель для усиления импульсов из задающего лазера и увеличения соотношения сигнала к шуму, затем в акустооптический модулятор для управления частотой следования импульсов, затем во второй предусилитель для усиления сигнала до уровня входного сигнала одного волоконного усилителя из каскада усиления, затем в третий предусилитель для усиления сигнала до уровня нескольких

волоконных усилителей из каскада усиления, затем в разветвитель для деления сигнала из 3-его предусилителя в равном соотношении и передачи его в тестируемые волоконные усилители, в которых создается инверсная населенность с помощью диодов накачки, которые подключены через электрические контакты к источникам тока, затем излучение поступает на ответвители мощности с фотодиодами, которые служат для ответвления небольшой доли мощности на измерительные фотодиоды, сигнал с которых оцифровывается на АЦП и передается на компьютер с управляющей программой, при этом станция включает управляющую плату, осуществляющую изменение параметров перечисленных устройств и сбор данных, а также блок питания. При этом генерирующий лазер создает импульсы длительностью менее 100 пс. Акустооптический модулятор прореживает импульсы от лазера до значений в интервале от 20 до 500 кГц. Количество одновременно тестируемых оптоволоконных усилителей в каскаде усиления может составлять от 1 до 8 штук. Для соблюдения норм безопасности могут использоваться поглотители лазерного излучения. При реализации решения могут использоваться чиллеры для поддержания температур плит, на которых расположены диоды накачки и волоконные усилители.

Описание чертежей

На фиг. 1 изображена станции для оценки времени жизни мощного каскада усиления пикосекундного волоконного лазера. Введены следующие обозначения:

0 - контрольно-управляющая электроника,

1 - задающий лазер,

2 – первый предусилитель,

3 - акустооптический модулятор,

4 второй предусилитель,

5 третий предусилитель,

6 - блок питания системы,

7 - ответвитель (Star-Coupler),

8 - источники тока для диодов накачки,

9 - диоды накачки,

10 - волоконные усилители,

11 - ответвители мощности с фотодиодами,

12 - поглотители лазерного излучения,

13 - аналогово-цифровой преобразователь,

14 - компьютер (с управляющей программой),

15 - чиллеры (соединены с жидкостными радиаторами, находящимися под плитами).

Детальное описание решения

Тестируемый лазер можно разделить на следующие узлы: контрольная электроника (0), задающий лазер (1), первый предусилитель (2), акустооптический модулятор (3), второй предусилитель (4), блок питания (6), источники тока диодов накачки (8), диоды накачки (9), мощный каскад усиления или коротко - волоконный усилитель (10), ответвитель мощности с фотодиодом (11). Ключевым узлом пикосекундного лазера является волоконный усилитель, основанный на специальном волокне, имеющем высокую степень легирования. Это позволяет достигать в усилителе высоких значений пиковой и средней мощности, при короткой длине волокна. Для данного узла требуются испытания на надежность, поскольку он является наиболее уязвимым из-за сильных нагрузок и требует соблюдения высоких требований качества при производстве, например, производство должно быть организовано в помещениях с высокой степенью чистоты. Можно сделать вывод, что для обеспечения надежности прибора в целом достаточно гарантировать надежность мощного каскада усиления, т.е. волоконных усилителей (10). Соответственно достаточно произвести долговременное тестирование только данного узла. Но как было сказано выше, делать это нужно для большого количества волоконных усилителей одновременно. Так же необходимо имитировать параметры реального прибора, мощность на входе в волоконный усилитель, температурные условия и тому подобное.

Конструкция станции отличается от конструкции лазера наличием третьего предусилителя (5), ответвителя (7), АЦП (13), компьютера с программой (14), чиллера с радиаторами (15).

Станция состоит из следующих ключевых частей: контрольная электроника (0), задающий лазер (1), первый предусилитель 1 (2), акустооптический модулятор (3), второй предусилитель (4), третий предусилитель (5), блок питания (6), ответвитель (7), источники тока диодов накачки (8), диоды накачки (9), волоконные усилители (10), ответвители мощности с фотодиодами (11), АЦП (13), компьютер с программой (14), чиллеры с радиаторами (15).

Поз. 0 - контрольно-управляющая электроника позволяет управлять всевозможными параметрами системы в устройствах 1, 2, 3, 4, 5, 8, а также собирать данные с устройств 1, 2, 4, 5, 8, 11, 13.

Поз. 1 - задающий лазер, который генерирует лазерные импульсы длительность в десятки пикосекунд (до 100 пс) с фиксированной частотой следования импульсов (10 МГц).

Поз. 2. первый предусилитель, необходимый для предварительного усиления импульсов из задающего лазера (устройство 1) с целью увеличения соотношения сигнала к шуму.

Поз. 3 акустооптический модулятор для управления частотой следования импульсов (прореживание до 20-500 кГц).

Поз. 4 второй предусилитель для усиления сигнала до уровня входного сигнала одного тестируемого волоконного усилителя.

Поз. 5 третий предусилитель для усиления сигнала до уровня работы нескольких волоконных усилителей (от 1 до 8 в текущей конфигурации).

Поз. 6 - блок питания системы для питания электричеством устройств 0, 1, 2, 3, 4, 5, 8, 11, 13.

Поз. 7- ответвитель (Star-Coupler) для деления сигнала из 3-его предусилителя в равном соотношении для волоконных усилителей (устройств 10). Ответвитель представляет из себя пассивный волоконный элемент для разделения излучения из предусилителя по всем волоконным усилителям, что позволяет избежать необходимости создавать задающий лазер и предусилители для каждого волоконного усилителя. Это также позволяет создать одинаковые условия для всех волоконных усилителей.

Поз. 8 - источники тока для диодов накачки для питания и управления диодами накачки (устройства 9). Станция позволяет варьировать количество данных устройств в большом диапазоне.

Поз. 9 - диоды накачки для накачки (создания инверсии) среды волоконного усилителя (устройств 10).

Поз. 10 - тестируемые волоконные усилители образующие мощный каскад усиления. Именно для них необходимо создать условия идентичные условиям в самих лазерах.

Поз. 11 - ответвители мощности с фотодиодами, которые служат для ответвления небольшой доли мощности на измерительные фотодиоды, сигнал с которых оцифровывается на АЦП (устройство 13) и передается на компьютер с управляющей программой (устройство 14).

Поз. 12 - поглотители лазерного излучения для поглощения пролетающей через устройство 11 мощности.

Поз. 13 - аналогово-цифровой преобразователь для оцифровки сигналов с устройств 11. АЦП позволяет оцифровать сигнал с фотодиодов и передать его на контрольную электронику в виде массива данных. Контрольная электроника в свою очередь собирает данные и управляет всеми электронными узлами, кроме чиллеров.

Поз. 14 компьютер для автоматизации управления, отключения, сбора и сохранения данных с устройства 0, а также для управления чиллерами (устройства 15).

Поз. 15 чиллеры для поддержания температур плит, на которых расположены диоды накачки (устройства 9) и волоконные усилители (устройства 10). Чиллеры позволяют поддерживать или же варьировать температуру диодов накачки и волоконных усилителей в зависимости от производимого теста. От температуры диодов накачки и самих волоконных усилителей зависит эффективность накачки, то есть кпд усилителя.

Соответственно можно подобрать оптимальную температуру для лазера. Чиллеры подключены непосредственно к компьютеру.

Особое внимание стоит уделить архитектуре электроники. Данная электроника (0, 4, 5, 8) идентична таковой в лазере и устроена таким образом, что позволяет без ограничений увеличивать количество тестируемых волоконных усилителей. Это достигается за счет того, что каждый узел (4, 5, 8) имеет свою логическую схему управления. То есть на самом узле происходит оцифровка, предварительная обработка данных и управление. Соответственно это позволяет реализовать общение с контрольной платой (0) по единой для всех узлов шине данных. Контрольная электроника управляет логикой станции по аналогии с лазером, то есть включает, выключает, выставляет и собирает значения всевозможных параметров.

Но для запуска различных тестов необходимо внешнее управления. Его осуществляет софт (14), который позволяет: в автоматическом режиме собирать данные и задавать температуру для чиллеров, принимать массив данных с контрольной электроники (0), задавать калибровочные коэффициенты между этими данными и реальным значениями напряжений, токов и мощностей, автоматически включать станцию с предварительно заданными параметрами, автоматически выключать отдельный волоконный усилитель при падении мощности ниже определенного уровня, а так же фиксировать какие именно проблемы возникли. Так же программа способна производить тестирования в режиме частого включения-выключения, а также осуществлять температурный тест. То есть температура всей системы может варьироваться в диапазоне 18-40 градусов по Цельсию на протяжении длительного времени. Помимо всего, софт позволяет абсолютно автоматически собирать откалиброванные данные в едином удобном формате, генерируя на выходе файл со всеми значениями для каждого волоконного усилителя и собирая данные файлы в единой базе данных.

Станция позволяет тестировать одновременно каскад основных и уникальных узлов лазера. При этом не требуется полная сборка отдельных приборов, что позволяет значительно снизить время тестирования и ресурсную базу.

1. Станция для оценки времени жизни тестируемого каскада волоконных усилителей для волоконного лазера, включающая задающий лазер для генерации лазерных импульсов, оптоволокно для передачи лазерных импульсов, первый предусилитель для усиления импульсов из задающего лазера и увеличения соотношения сигнала к шуму, акустооптический модулятор для управления частотой следования импульсов, второй предусилитель для усиления сигнала до уровня сигнала одного волоконного усилителя из каскада усиления, третий предусилитель для усиления сигнала до уровня нескольких волоконных усилителей из каскада усиления, разветвитель для деления сигнала из третьего предусилителя в равном соотношении и передачи его в тестируемые волоконные усилители, диоды накачки, создающие инверсную населенность в тестируемых волоконных усилителях, подключенные через электрические контакты к источникам тока, ответвители мощности с фотодиодами, которые служат для ответвления небольшой доли мощности на измерительные фотодиоды, АЦП, осуществляющий оцифровку сигнала с измерительных фотодиодов, и передающий сигнал на компьютер с управляющей программой, при этом станция включает управляющую плату, осуществляющую изменение параметров перечисленных устройств и сбор данных, а также блок данных.

2. Станция по п. 1, отличающаяся тем, что длительность импульсов лазера составляет менее 100 пс.

3. Станция по п. 2, отличающаяся тем, что акустооптический модулятор прореживает импульсы от лазера до значений в интервале от 20 до 500 кГц.

4. Станция по п. 3, отличающаяся тем, что количество тестируемых оптоволоконных усилителей в каскаде усиления составляет от 1 до 8.

5. Станция по п. 4, отличающаяся тем, что включает поглотители лазерного излучения.

6. Станция по п. 5, отличающаяся тем, что включает чиллеры для поддержания температур плит, на которых расположены диоды накачки и волоконные усилители.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам оптической двусторонней связи между подвижными и неподвижными объектами при помощи перестраиваемых фазовых оптических дифракционных решеток и может найти применение в сферах, критичных к передаче и приему информации.

Изобретение относится к средствам мониторинга объектов. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к устройствам и способам для осуществления и управления оптической фильтрацией длины волны. Перестраиваемый оптический фильтр содержит источник света, поляризатор, входной оптический элемент, жидкокристаллическую ячейку, выходной оптический элемент, блок управления.

Изобретение относится к области, предназначенной для измерения физических величин с использованием фазовых волоконно-оптических датчиков для измерения механических и акустических колебаний.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи и обработки информации. В устройстве преобразователя поляризаций применяется волновод в форме эллипса, часть поверхности над которым покрыта диэлектрическим слоем с показателем преломления, равным показателю преломления подложки.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи и обработки информации. В устройстве преобразователя поляризаций применяется волновод в форме эллипса, часть поверхности над которым покрыта диэлектрическим слоем с показателем преломления, равным показателю преломления подложки.

Изобретение относится к радиофотонике, в том числе к технике приема слабых широкополосных радиосигналов, например, от антенн и антенных решеток. Заявленный радиофотонный широкополосный приемный тракт на основе ММШГ-модулятора с подавлением собственных шумов лазера содержит лазер, оптическую линию передачи, устройство оптической связи с ММШГ-модулятором, источник модулирующего радиосигнала (антенну), ММШГ-модулятор и оптический фильтр.

Группа изобретений относится к активным волоконным световодам с полностью волоконными вводом излучения накачки в первую оболочку. Волоконный световод-конус для усиления оптического излучения содержит сердцевину из кварцевого стекла, легированного ионами редкоземельных элементов и дополнительными легирующими добавками (например, Ge, Al, Р, F, В), взятыми вместе или по отдельности, при этом диаметр сердцевины увеличивается по длине световода.

Изобретение относится к устройствам отражающих графических дисплеев. Отражающий графический дисплей содержит передний лист, содержащий множество полусферических выступов, передний и задний электроды, диэлектрический слой на поверхности по меньшей мере одного электрода, жидкую среду с электрофоретически подвижными частицами, слой массива цветного светофильтра, систему направленного переднего света, а также диэлектрический слой.

Изобретение относится к области физических исследований и управлению свойствами молекул и материалов, в частности к способу модификации свойств молекул и устройству для реализации способа, и может быть использовано для изменения физических свойства веществ, например диэлектрической проницаемости, электропроводности, флуоресценции, индуктивности и химических свойств, например констант связывания и скорости химических реакций.

Изобретение относится к экологии, лимнологии, океанологии и может быть использовано в качестве устройства для проведения in situ исследований антропогенной загрязненности природных акваторий с морской и пресной водой.

Устройство для вариативной одноцветной спектроскопии «накачка-зондирование» в терагерцовом диапазоне содержит перестраиваемый по частоте источник монохроматического излучения, первую пропускающую дифракционную решетку и вторую пропускающую дифракционную решетку.

Устройство для вариативной одноцветной спектроскопии «накачка-зондирование» в терагерцовом диапазоне содержит перестраиваемый по частоте источник монохроматического излучения, первую пропускающую дифракционную решетку и вторую пропускающую дифракционную решетку.

Изобретение относится к композиционной частице для применения в маркировке, пригодной для идентификации/установления подлинности изделия. Частица содержит по меньшей мере одну суперпарамагнитную часть и по меньшей мере одну термолюминесцентную часть.

Изобретение относится к области масс-спектрометрического анализа газообразных веществ. Технический результат - повышение чувствительности масс-спектрометрического анализа газообразных веществ, а также длительности и устойчивости работы прибора.

Настоящее изобретение относится к области технологий материалов и материаловедческих и аналитических исследований. Композиция, обладающая ГКР-активностью, для определения полиароматических гетероциклических серосодержащих соединений (ПАГС) в углеводородных продуктах представляет собой хемотропный гель, содержащий полимерную матрицу с наночастицами серебра анизотропной формы с размерами 10-90 нм и частицами оксида графена с размерами 1-2 мкм.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам измерения сдвига частоты рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. При реализации способа измерения сдвига частоты рассеяния Мандельштама-Бриллюэна на длине оптического волокна непрерывное оптическое излучение задающего лазера разделяют на две части.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам измерения сдвига частоты рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. При реализации способа измерения сдвига частоты рассеяния Мандельштама-Бриллюэна на длине оптического волокна непрерывное оптическое излучение задающего лазера разделяют на две части.

Группа изобретений относится к области обнаружения и количественного анализа водорода. Устройство (100) для контролирования сооружения (1) содержит первое измерительное оптическое волокно (10), оптическую систему (20), оптически соединенную с первым измерительным оптическим волокном (10) и подходящую для измерения, по меньшей мере, одного параметра первого оптического волокна.

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении оптических приборов на основе оптических кристаллов, обладающих высокой электропроводностью.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и предназначено для автоматизированного измерения параметров тепловизионных каналов (ТПВК) в процессе изготовления.

Изобретение относится к области автоматизированных систем для длительного испытания узлов лазерных систем. Изобретение представляет собой станцию для оценки времени жизни тестируемого каскада усиления волоконного лазера, включающую задающий лазер для генерации лазерных импульсов, оптоволокно для передачи лазерных импульсов, первый предусилитель для усиления импульсов из задающего лазера и увеличения соотношения сигнала к шуму, акустооптический модулятор для управления частотой следования импульсов, второй предусилитель для усиления сигнала до уровня сигнала одного волоконного усилителя из каскада усиления, третий предусилитель для усиления сигнала до уровня нескольких волоконных усилителей из каскада усиления, разветвитель для деления сигнала из третьего предусилителя в равном соотношении и передачи его в тестируемые волоконные усилители, диоды накачки, создающие инверсную населенность в тестируемых волоконных усилителях, подключенные через электрические контакты к источникам тока, ответвители мощности с фотодиодами, которые служат для ответвления небольшой доли мощности на измерительные фотодиоды, АЦП, осуществляющий оцифровку сигнала с измерительных фотодиодов, и передающий сигнал на компьютер с управляющей программой, при этом станция включает управляющую плату, осуществляющую изменение параметров перечисленных устройств и сбор данных, а также блок данных. Технический результат заключается в создании автоматизированной станции долговременного тестирования лазерных волоконных усилителей, которая позволяет испытывать до 8 усилителей и более единовременно. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх