CN108183750A - 一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机 - Google Patents
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Abstract
一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，属于激光通信技术领域，为解决现有技术问题，其包括激光发射系统和激光接收系统两部分组成，所述激光发射系统包括通信激光源、扩束镜组、发射偏振分光器，发射λ/4波片，发射空间光调制器、发射液晶偏振光栅以及发射液晶可调波片；所述激光接收系统包括窄带滤光片、接收液晶偏振光栅、接收液晶可调波片、接收偏振分光器、接收λ/4波片、接收空间光调制器、探测器；本发明采用相控阵器件实现发射光束的偏转控制与接收光束的大角度捕获跟踪，简化了光端机的结构，减轻了体积、重量与功耗，可适用于对体积、重量、功耗、外形有限制的自由空间激光通信场合，分口径解决了发射光对接收端的干扰问题。
Description
技术领域
本发明属于激光通信技术领域，特别是涉及到一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机。
背景技术
自由空间激光通信是指采用激光束作为信息载体在自由空间信道之间进行的通信。激光通信具有速率高、隐蔽性强、抗干扰能力强等优点，在军用以及民用通信中具有广阔的应用空间。
现有自由空间激光通信光端机所采用的指向捕获、跟踪、对准机构为由电机、轴承、转轴、码盘等构成的机械伺服，该伺服体积大、重量重，功耗也大，限制了自由空间激光通信光端机的应用范围，同时采用机械伺服的光端机外形多为球状，不利于某些特殊应用场合。
专利号为“CN105356943A”的发明专利“一种激光通信捕获跟踪系统及其捕跟方法”公开了一种通信捕获跟踪系统，该系统将可变焦液晶透镜与液晶光学相控阵和液晶光楔相结合在空间激光通信的捕获跟踪过程中实时检测粗捕获探测模块和精跟踪探测模块的接收功率，根据接收光功率的变化，由可变焦透镜动态控制激光通信系统的光束发散角，在捕获和跟踪过程对光束发散角进行自适应控制。然而该技术存在捕跟范围小，分光效果差，接收系统易受发射系统的干扰等问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术体积大、分光效果差、接收系统易受发射系统干扰的问题，提供一种基于相控阵的轻小型激光通信光端机。
本发明解决技术问题的方案是：
一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其包括激光发射系统和激光接收系统两部分组成，所述激光发射系统包括通信激光源、扩束镜组、发射偏振分光器，发射λ/4波片，发射空间光调制器、发射液晶偏振光栅和发射液晶可调波片；所述激光接收系统包括窄带滤光片、接收液晶偏振光栅、接收液晶可调波片、接收偏振分光器、接收λ/4波片、接收空间光调制器和探测器；
激光发射系统中，通信激光源产生调制的线偏振激光，振动方向垂直于纸面，经过扩束镜组扩束后，激光入射至发射偏振分光器，在发射偏振分光器内部反射后入射到发射λ/4波片上，透过发射λ/4波片激光的偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后入射至发射空间光调制器上，发射空间光调制器调制入射光的角度和发散角，激光再从发射空间光调制器上反射至发射λ/4波片，透过发射λ/4波片，透射后激光的偏振态由圆偏振光变为线偏振光且且振动方向平行于纸面，然后入射至发射偏振分光器，透过发射偏振分光器后入射至发射液晶偏振光栅，激光的传播方向被大角度调制后入射至发射可调波片，改变激光的偏振态为右旋圆偏振光后发射向通信对象；
激光接收系统中，通信激光先经过窄带滤光片滤除杂散光，再经过接收液晶偏振光栅，入射角度被接收液晶偏振光栅进行粗调制，然后激光入射至接收液晶可调波片，液晶可调波片后激光的偏振态被转换成振动方向平行于纸面的线偏振光，然后激光透过接收偏振分光器，再透过接收λ/4波片，经过接收λ/4波片后入射光的偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后激光进入接收空间光调制器，接收空间光调制器对接收通信激光角度进行精调制并汇聚入射光，被调制后激光从接收空间光调制器反射并再一次经过接收λ/4波片，从接收λ/4波片透射后偏振态由圆偏振光变为振动方向垂直纸面的线偏振光，然后激光进入接收偏振分光器，在接收偏振分光器内部发生反射，最后激光入射在探测器上，探测器接收入射通信光，并将其转化为电信号。
本发明的有益效果：一种分口径基于相控阵的激光通信光端机，采用相控阵器件实现发射光束的偏转控制与接收光束的大角度捕获跟踪，简化了光端机的结构，减轻了体积、重量与功耗，可适用于对体积、重量、功耗、外形有限制的自由空间激光通信场合，分口径解决了发射光对接收端的干扰问题。
附图说明
图1为本发明一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机发射系统结构示意图。
图2为本发明一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机接收系统结构示意图。
图中：1、通信激光源，2、扩束镜，3、发射偏振分光器，4、发射λ/4波片，5、发射空间光调制器，6、发射液晶偏振光栅，7、发射液晶可调波片，8、窄带滤光片，9、接收液晶偏振光栅，10、接收液晶可调滤光片，11、接收偏振分光器，12、接收λ/4波片，13、接收空间光调制器，14、探测器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，包括激光发射系统和激光接收系统两部分组成，所述激光发射系统包括通信激光源1、扩束镜组2、发射偏振分光器3，发射λ/4波片4，发射空间光调制器5、发射液晶偏振光栅6以及发射液晶可调波片7。
光端机发射通信激光过程中，通信激光源1产生调制的线偏振激光，振动方向垂直于纸面，经过扩束镜组2扩束后，激光入射至发射偏振分光器3，在发射偏振分光器3内部反射后入射发射λ/4波片4，透过发射λ/4波片4偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后入射至发射空间光调制器5上，发射空间光调制器5调制入射光的角度和发散角，激光再从发射空间光调制器5上反射至发射λ/4波片4，透过发射λ/4波片4，透射后偏振态由圆偏振光变为线偏振光且且振动方向平行于纸面，然后入射至发射偏振分光器3，透过发射偏振分光器3后入射至发射液晶偏振光栅6，传播方向被大角度调制后入射至发射可调波片7,改变偏振态为右旋圆偏振光后发射向通信对象。
所述激光接收系统包括窄带滤光片8、接收液晶偏振光栅9、接收液晶可调波片10、接收偏振分光器11、接收λ/4波片12、接收空间光调制器13和探测器14。
激光接收系统接收通信激光过程中，通信激光先通过窄带滤光片8滤除杂散光，再经过接收液晶偏振光栅9，入射角度被接收液晶偏振光栅9进行粗调制，然后激光入射至接收液晶可调波片10，液晶可调波片10后激光的偏振态被转换成振动方向平行于纸面的线偏振光，然后激光透过接收偏振分光器11，再透过接收λ/4波片12，经过接收λ/4波片12后入射光的偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后激光进入接收空间光调制器13，接收空间光调制器13对接收通信激光角度进行精调制并汇聚入射光，被调制后激光从接收空间光调制器13反射并再一次经过接收λ/4波片12，从接收λ/4波片12透射后偏振态由圆偏振光变为振动方向垂直纸面的线偏振光，然后激光进入接收偏振分光器11，在接收偏振分光器11内部发生反射，最后激光入射在探测器14上，探测器14接收入射通信光，并将其转化为电信号。
所述通信激光源1发射波长为980nm、1064nm.1330nm或者1550nm波段。
所述发射偏振分光器3与接收偏振分光器，消光比>1000:1。
所述发射空间光调制器5为相位型反射式空间光调制器，既可实现角度二维精密调制，同时也可改变光束发散角；
所述发射空间光调制器5与接收空间光调制器13扫描分辨率为100μrad级，扫描范围是±2.5°；
所述发射液晶偏振光栅6与接收液晶偏振光栅9通过调整偏振态可以实现光束偏转，扫描分辨率为±2.5°，扫描范围可达±45°；
所述发射液晶可调波片7与接收光学液晶可调波片10可将左旋圆偏振光、右旋圆偏振光或者线偏振光转换成右旋圆偏振光；
所述窄带滤光片8光谱带宽小于5nm，透过率＞95％。
所述接收空间光调制器13具有角度二维精密调制能力同时也具有汇聚光束的能力；
所述探测器14为四象限APD探测器或者面阵APD探测器。
Claims (10)
1.一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征是，其包括激光发射系统和激光接收系统两部分组成，所述激光发射系统包括通信激光源(1)、扩束镜组(2)、发射偏振分光器(3)，发射λ/4波片(4)，发射空间光调制器(5)、发射液晶偏振光栅(6)和发射液晶可调波片(7)；所述激光接收系统包括窄带滤光片(8)、接收液晶偏振光栅(9)、接收液晶可调波片(10)、接收偏振分光器(11)、接收λ/4波片(12)、接收空间光调制器(13)和探测器(14)；
激光发射系统中，通信激光源(1)产生调制的线偏振激光，振动方向垂直于纸面，经过扩束镜组(2)扩束后，激光入射至发射偏振分光器(3)，在发射偏振分光器(3)内部反射后入射到发射λ/4波片(4)上，透过发射λ/4波片(4)激光的偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后入射至发射空间光调制器(5)上，发射空间光调制器(5)调制入射光的角度和发散角，激光再从发射空间光调制器(5)上反射至发射λ/4波片(4)，透过发射λ/4波片(4)，透射后激光的偏振态由圆偏振光变为线偏振光且且振动方向平行于纸面，然后入射至发射偏振分光器(3)，透过发射偏振分光器(3)后入射至发射液晶偏振光栅(6)，激光的传播方向被大角度调制后入射至发射可调波片(7)，改变激光的偏振态为右旋圆偏振光后发射向通信对象；
激光接收系统中，通信激光先经过窄带滤光片(8)滤除杂散光，再经过接收液晶偏振光栅(9)，入射角度被接收液晶偏振光栅(9)进行粗调制，然后激光入射至接收液晶可调波片(10)，液晶可调波片(10)后激光的偏振态被转换成振动方向平行于纸面的线偏振光，然后激光透过接收偏振分光器(11)，再透过接收λ/4波片(12)，经过接收λ/4波片(12)后入射光的偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后激光进入接收空间光调制器(13)，接收空间光调制器(13)对接收通信激光角度进行精调制并汇聚入射光，被调制后激光从接收空间光调制器(13)反射并再一次经过接收λ/4波片(12)，从接收λ/4波片(12)透射后偏振态由圆偏振光变为振动方向垂直纸面的线偏振光，然后激光进入接收偏振分光器(11)，在接收偏振分光器(11)内部发生反射，最后激光入射在探测器(14)上，探测器(14)接收入射通信光，并将其转化为电信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述通信激光源(1)发射波长为980nm、1064nm、1330nm或者1550nm波段。
3.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述发射偏振分光器(3)与接收偏振分光器，消光比>1000:1。
4.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述发射空间光调制器(5)为相位型反射式空间光调制器，既可实现角度二维精密调制，同时也可改变光束发散角。
5.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述发射空间光调制器(5)与接收空间光调制器(13)扫描分辨率为100μrad级，扫描范围是±2.5°。
6.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述发射液晶偏振光栅(6)与接收液晶偏振光栅(9)通过调整偏振态可以实现光束偏转，扫描分辨率为±2.5°，扫描范围可达±45°。
7.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述发射液晶可调波片(7)与接收光学液晶可调波片(10)可将左旋圆偏振光、右旋圆偏振光或者线偏振光转换成右旋圆偏振光。
8.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述窄带滤光片(8)的光谱带宽小于5nm，透过率＞95％。
9.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述接收空间光调制器(13)具有角度二维精密调制能力同时也具有汇聚光束的能力。
10.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机，其特征在于，所述探测器(14)为四象限APD探测器或者面阵APD探测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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