基于波前校正的相干雷射通信系統的製作方法

2023-05-14 20:02:11 2

專利名稱：基于波前校正的相干雷射通信系統的製作方法
技術領域：
本發明專利涉及基于波前校正的相干雷射通信系統。
背景技術：
雷射通信的概念最早提出於20世紀60年代，但由於當時技術 水平的限制，雷射通信的研究剛剛起步。直到20世紀80年代，隨 著光電技術與器件工藝的發展，雷射通信的研究才開始逐漸受到重 視。雷射通信系統按接收系統分為相干通信系統和非相干通信系統。 早期的雷射通信系統借鑑光纖通信的技術，採用直接檢測的非相干 通信系統，能夠實現中低速通信，但系統的發射功率和接收靈敏度 都受到一定的限制。隨著資訊時代的高速發展，大容量雷射通信技 術成為通信研究的熱點。因此，相干光通信是雷射通信鏈路技術發 展的極具潛力的選擇，大大提高了接收機的靈敏度以及中繼距離， 具有優良的波長選擇性和抗背景噪聲性能，可發展成為頻率間隔更 小的波分復用系統，並且可使用多種調製方式，適用於碼率在Gb/s 量級、傳輸距離在幾萬千米的空間雷射通信。相干光通信體制具有 的主要優點可歸納如下1、相同鏈路距離、碼速率和誤碼率條件下， 探測靈敏度提高，中繼距離變長；2、極強的波長選擇性，通信容量 大；3、由於接收端靈敏度的提高，收發天線口徑可大大減小，從而 有效降低整個通信端機的質量尺寸功耗；4、相對光頻而言，相干接 收系統接收帶寬極窄，結合相干光頻率跟蹤技術可極大地抑制背景光幹擾，不受地球背景輻射影響，也可在太陽視場或近太陽視場工 作；5、多種調製格式和檢測解調方案可供選擇，具有靈活的工程實 現性；6、具有以頻分復用方式實現更高速率傳送的潛在優勢。
相干光通信的實質是採用了光頻段的外差探測，與直接探測相 比，多了一個本振雷射器。相干光通信原理如圖1所示，該系統由 光學天線l、本振雷射器2、光耦合器3、平衡檢測光電二級管4、 電信號處理5、本振光頻率/相位鎖定器6和偏振控制迴路7組成。 發射機部分採用外光調製方式將原信號以調幅、調相或調頻的方式 調製到光載波上，再經濾波器和光放大器傳輸出去。傳輸到達接收 機時，有光學天線l接收，信號光首先與本振雷射器2發出的雷射 信號進入光耦合器3進行相干混頻，然後經過平衡檢測光電二級管 4、電信號處理5的處理，由探測器進行探測。本振光頻率/相位鎖 定器6控制本振雷射器2的頻率/相位；偏振控制迴路7控制由光學 天線1接收的雷射的偏振狀態。探測器響應信號光和本振光的差頻 分量，輸出一個電流，從光信號的高頻域105GHz轉換到電信號的中 頻域GHz。(參考文獻1、蔡燕民，陳剛，董作人等.空間雷射通 信系統進展[J].雷射與光電子學進展，2000， (5): l—7; 2、么周 石，胡渝.星間相干光通信技術的發展歷程與趨勢[J].星間光通信， 2005， 8: 44—46; 3、 DonM. Boroson. An overview of Lincoln laboratory development of laser comtechnologies for space. Proc. SPIE， 1993， 1866:30—39; 4、 Tolker—Nielsent， Guillen J C. silex- The First European Optical Communication Terminalin Orbit. ESA Bulletin 96， 1998; 5、 Dirk Giggenbach. Wavefront measurements at ESA， s Optical Ground Station and simulation of heterodyne receiver performance. SPIE Vol. 3932 ; 6 、 Christopher Wree， Abhay Joshi，Don Becker eta.禾目幹光技術推動 下一代光傳輸[J].光波通信，2006， 3: 25—27)。
相干光通信系統也有不足之處，如大氣吸收、散射造成的大氣 衰減效應和湍流效應的影響，其中大氣湍流效應對相干雷射通信的 影響最大。主要表現為光束的偏折、漂移與光斑的破碎和能量閃爍 等影響。雷射在大氣中傳輸受到大氣湍流等效應的影響，波前相位 發生畸變，與本振雷射的波前相位不滿足恆定的相位差要求，使得 信號光和本振信號光外差混頻效率降低，導致相干光通信信噪比下 降，誤碼率增高。採用本發明專利基于波前校正的相干雷射通信系 統能解決上述不足。

發明內容
為了克服大氣湍流效應對相干雷射通信的影響，本發明專利提 供了基于波前校正的相干雷射通信的系統。本系統可以有效地抑制 由大氣湍流引起的波前相位的畸變，提高信號的外差混頻效率。
本發明基于波前校正的相干雷射通信系統，其特徵在於，該系 統是由起偏片1、望遠系統2、分光稜鏡3、哈特曼-夏克波前傳感 器4、計算機系統5、波前控制器6、空間光調製器7、本振雷射器 8、光耦合器9和探測器10組成；其中起偏片l、望遠系統2、分光 稜鏡3和空間光調製器7依次同軸排列；哈特曼-夏克波前傳感器4放在分光稜鏡3的反射方向上並與其同軸，輸出端與計算機系統5 相連；波前控制器6—端與計算機系統5相連，另一端與空間光調 制器7連接；光耦合器9放在與哈特曼-夏克波前傳感器4相對應的 分光稜鏡3的另一側，並且與分光稜鏡3和哈特曼-夏克波前傳感器 4依次同軸排列；本振雷射器8與探測器10分別放在光耦合器9的 兩側，本振雷射器8、光耦合器9和探測器10依次同軸排列。
信號光經過大氣信道後，先經過起偏片1進行線偏振調製，由 望遠系統(2)接收，再射入分光稜鏡(3)，經過分光稜鏡(3)分成兩 束光， 一束光射入哈特曼-夏克波前傳感器4，另一束光射入空間光 調製器7;
帶有圖形處理器的圖像採集卡的計算機系統5從哈特曼-夏克 波前傳感器4採集畸變的波前信號，實時進行數據信息的多通道並 行處理，計算出控制信號；
波前控制器6從計算機系統5得到控制信號，根據控制信號輸 出控制電壓來驅動空間光調製器7對由分光稜鏡3射向空間光調製 器7的光束進行校正；
由分光稜鏡3射向空間光調製器7的光束經過校正後反射給分 光稜鏡3，完成畸變的波前信號的實時校正；
空間光調製器7校正後的光束由分光稜鏡3反射給光耦合器9， 與本振光雷射器8發出的光束經過光耦合器9進行混頻，產生相干 後的中頻信號，傳送給探測器IO。
整個系統通過上述方式對經過大氣的雷射進行校正，使探測器10得到經過對畸變的波前信號進行校正後的相干雷射信號。


圖1是傳統的相干雷射通信系統示意框圖。
圖2是基于波前校正的相干雷射通信系統示意框圖。
具體實施方式
實施例l
一種基于波前校正的相干雷射通信系統，其特徵在於，該系統 是由起偏片1、望遠系統2、分光稜鏡3、哈特曼-夏克波前傳感器4、 計算機系統5、波前控制器6、空間光調製器7、本振雷射器8、光 耦合器9和探測器10組成；其中起偏片l、望遠系統2、分光稜鏡 3和空間光調製器7依次同軸排列；哈特曼-夏克波前傳感器4放在 分光稜鏡3的反射方向上並與其同軸，輸出端與計算機系統5相連； 波前控制器6 —端與計算機系統5相連，另一端與空間光調製器7 連接；光耦合器9放在與哈特曼-夏克波前傳感器4相對應的分光稜 鏡3的另一側，並且與分光稜鏡3和哈特曼-夏克波前傳感器4依次 同軸排列；本振雷射器8與探測器10分別放在光耦合器9的兩側， 本振雷射器8、光耦合器9和探測器10依次同軸排列。
信號光經過大氣信道後，先經過起偏片1進行線偏振調製，由 望遠系統(2)接收，再射入分光稜鏡(3)，經過分光稜鏡(3)分成兩 束光， 一束光射入哈特曼-夏克波前傳感器4，另一束光射入空間光 調製器7;
帶有圖形處理器的圖像採集卡的計算機系統5從哈特曼-夏克波前傳感器4採集畸變的波前信號，實時進行數據信息的多通道並 行處理，計算出控制信號；
波前控制器6從計算機系統5得到控制信號，根據控制信號輸 出控制電壓來驅動空間光調製器7對由分光稜鏡3射向空間光調製 器7的光束進行校正；
由分光稜鏡3射向空間光調製器7的光束經過校正後反射給分 光稜鏡3，完成畸變的波前信號的實時校正；
空間光調製器7校正後的光束由分光稜鏡3反射給光耦合器9， 與本振雷射器8發出的光束經過光耦合器9進行混頻，產生相干後
的中頻信號，傳送給探測器io。
整個系統通過上述方式對經過大氣的雷射進行校正，使探測器 10得到經過對畸變的波前信號進行校正後的相干雷射信號。
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權利要求
1、一種基于波前校正的相干雷射通信系統，其特徵在於，該系統是由起偏片(1)、望遠系統(2)、分光稜鏡(3)、哈特曼-夏克波前傳感器(4)、計算機系統(5)、波前控制器(6)、空間光調製器(7)、本振雷射器(8)、光耦合器(9)和探測器(10)組成；其中起偏片(1)、望遠系統(2)、分光稜鏡(3)和空間光調製器(7)依次同軸排列；哈特曼-夏克波前傳感器(4)放在分光稜鏡(3)的反射方向上並與其同軸，輸出端與計算機系統(5)相連；波前控制器(6)一端與計算機系統(5)相連，另一端與空間光調製器(7)連接；光耦合器(9)放在與哈特曼-夏克波前傳感器(4)相對應的分光稜鏡(3)的另一側，並且與分光稜鏡(3)和哈特曼-夏克波前傳感器(4)依次同軸排列；本振雷射器(8)與探測器(10)分別放在光耦合器(9)的兩側，本振雷射器(8)、光耦合器(9)和探測器(10)依次同軸排列。
2、 信號光經過大氣信道後，先經過起偏片(1)進行線偏振調 制，由望遠系統(2)接收，再射入分光稜鏡(3)，經過分光稜鏡(3) 分成兩束光， 一束光射入哈特曼-夏克波前傳感器(4)，另一束光射 入空間光調製器(7);帶有圖形處理器的圖像採集卡的計算機系統(5)從哈特曼-夏克 波前傳感器(4)採集畸變的波前信號，實時進行數據信息的多通道並 行處理，計算出控制信號；波前控制器(6)從計算機系統(5)得到控制信號，根據控制信號輸出控制電壓來驅動空間光調製器(7)對由分光稜鏡(3)射向空間光 調製器(7)的光束進行校正；由分光稜鏡(3)射向空間光調製器(7)的光束經過校正後反射給 分光稜鏡(3)，完成畸變的波前信號的實時校正；空間光調製器(7)校正後的光束由分光稜鏡(3)反射給光耦合器(9) ，與本振雷射器(8)發出的光束經過光耦合器(9)進行混頻，產生相干後的中頻信號，傳送給探測器(io)。整個系統通過上述方式對經過大氣的雷射進行校正，使探測器(10) 得到經過對畸變的波前信號進行校正後的相干雷射信號。
全文摘要
本發明提供了基于波前校正的相干雷射通信的系統。該裝置是由起偏片(1)、望遠系統(2)、分光稜鏡(3)、哈特曼-夏克波前傳感器(4)、計算機系統(5)、波前控制器(6)、空間光調製器(7)、本振雷射器(8)、光耦合器(9)和探測器(10)組成。望遠系統(2)接收經過大氣的雷射，哈特曼-夏克波前傳感器(4)探測畸變的波前信號，由計算機系統(5)應用澤尼克多項式重構未畸變的波前信號，通過空間光調製器(7)的校正後，與本振雷射器(8)發出的光束經過光耦合器(9)進行混頻，產生相干後的中頻信號，傳送給探測器(10)。整個系統通過上述方式對經過大氣的雷射進行校正，使探測器(10)得到經過對畸變的波前信號進行校正後的相干雷射信號。
文檔編號H04B10/00GK101551517SQ20091006693
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月11日 優先權日2009年5月11日
發明者強 付, 智 劉, 姜會林, 景文博, 錦 段, 王曉曼 申請人:長春理工大學