CN114826414B - 一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光通信技术领域，具体涉及一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，包括在同一水平面上绕预设的轴心周向排布的多个相控阵激光通信发射子装置，其中每个激光通信发射子装置包括激光通信发射机、光纤耦合器、光波导相控阵、光波导移相器、液晶空间光调制器和液晶偏振光栅；所述光波导移相器调节进入所述光波导相控阵中的激光信号的相位差，得到激光初调节信号；所述液晶空间光调制器通过调整液晶层的折射率改变得到激光终调节信号的相位差；所述液晶偏振光栅对激光终调节信号进行大范围离散分段指向。本发明避免了波长调谐对激光通信系统的影响，实现360°全周激光通信非机械伺服组网。

Description

一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置

技术领域

本发明属于激光通信技术领域，具体涉及一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置。

背景技术

现有的空间激光通信，控制光束瞄准与跟踪的执行机构多为电机编码器轴承构成的伺服转台以及压电片组成的精跟踪振镜组合应用，目前，由电机编码器轴承构成的伺服转台和压电片组成的精跟踪振镜组合的结构机械活动部件多，可靠性较低，机械时间常数大，惯性大，伺服带宽低，且单套执行器只能实现点对点激光通信，不利于组网。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的激光通信只能实现点对点通信，通信范围较小的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，包括：在同一水平面上绕预设的轴心周向排布的多个相控阵激光通信发射子装置，其中每个激光通信发射子装置包括激光通信发射机、光纤耦合器、光波导相控阵、光波导移相器、液晶空间光调制器和液晶偏振光栅；

所述激光通信发射机，发射出的激光信号通过所述光纤耦合器进入光波导相控阵；

所述光波导移相器，调节进入所述光波导相控阵中的激光信号的相位差，得到激光初调节信号；

所述光波导相控阵，将调节好的激光初调节信号发射给液晶空间光调制器；

所述液晶空间光调制器，通过调整液晶层的折射率改变激光初调节信号的相位差，得到激光终调节信号，并发送给所述液晶偏振光栅；

所述液晶偏振光栅对所述激光终调节信号进行大范围离散分段指向。

进一步的，所述激光通信发射子装置的数量为三个。

进一步的，所述激光通信发射机发射10Gbps激光信号。

进一步的，所述光波导移相器调节激光信号相位差的范围为水平方位角-60°～60°。

进一步的，所述空间光调制器通过调整液晶层的折射率，对激光信号的相位差进行俯仰方位角控制，相位差的范围为俯仰方位角-2.5°～2.5°。

进一步的，所述液晶偏振光栅采用的是四级液晶偏振光栅级联。

进一步的，所述液晶偏振光栅将所述空间光调制器的激光信号进行俯仰方位角的离散分段指向，俯仰方位角的范围分别为0°、-2.5°～2.5°、-5°～5°、-7.5°～7.5°、-10°～10°。

本发明的有益效果是：本发明的一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，由在同一水平面上绕预设的轴心周向排布的多个相控阵激光通信发射子装置组成，首先激光通信发射机发射出的激光信号通过光纤耦合器进入光波导相控阵；然后光波导移相器调节进入光波导相控阵中的激光信号的相位差，得到激光初调节信号，光波导相控阵将调节好的激光初调节信号发射给液晶空间光调制器；液晶空间光调制器通过调整液晶层的折射率改变激光信号的相位差，得到激光终调节信号，并发送给所述液晶偏振光栅；最后液晶偏振光栅对激光终调节信号进行大范围离散分段指向。采用液晶空间光调制器和液晶偏振光栅来增大激光信号在俯仰方位轴的范围，避免了波长调谐对激光通信系统的影响，通过多个相控阵激光通信发射子装置拼接，可实现360°全周激光通信非机械伺服组网，进而达到一个地点对多个地点的激光通信。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置的结构示意图；

图2是图1中相控阵激光通信发射子装置的结构示意图；

图3是图1中相控阵激光通信发射子装置的模块图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明涉及一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，在本实施方式中，一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，由在同一水平面上绕预设的轴心周向排布的多个相控阵激光通信发射子装置组成。其中，每个激光通信发射子装置包括激光通信发射机、光纤耦合器、光波导相控阵、光波导移相器、液晶空间光调制器和液晶偏振光栅。所述激光通信发射机，发射出的激光信号通过所述光纤耦合器进入光波导相控阵；所述光波导移相器，调节进入所述光波导相控阵中的激光信号的相位差，得到激光初调节信号；所述光波导相控阵，将调节好的激光初调节信号发射给液晶空间光调制器；所述液晶空间光调制器，通过调整液晶层的折射率改变激光初调节信号的相位差，得到激光终调节信号，并发送给所述液晶偏振光栅；所述液晶偏振光栅对所述激光终调节信号进行大范围离散分段指向。

首先激光通信发射机11发射出的激光信号通过光纤耦合器12进入光波导相控阵13；然后光波导移相器14调节进入光波导相控阵13中的激光信号的相位差，得到激光初调节信号；光波导相控阵13将调节好的激光初调节信号发射给液晶空间光调制器15；液晶空间光调制器15通过调整液晶层的折射率改变激光初调节信号的相位差，得到激光终调节信号，并发送给所述液晶偏振光栅16；最后液晶偏振光栅16对激光终调节信号进行大范围离散分段指向。采用液晶空间光调制器15和液晶偏振光栅16来增大激光信号在俯仰方位轴的范围，避免了波长调谐对激光通信系统的影响，通过多个相控阵激光通信发射子装置拼接，可实现360°全周激光通信非机械伺服组网，进而达到一个地点对多个地点的激光通信。

下面对本实施方式的一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置包括在同一水平面上绕预设的轴心周向排布的多个相控阵激光通信发射子装置。

具体而言，预先设定中轴线，在改中轴线上选中圆心为轴心，该轴心所在的水平面为工作水平面，将所有相控阵激光通信发射子装置以轴心为中心，在所述工作水平面上周向均匀分布。

例如，一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置如图1所示。相控阵激光通信发射子装置的数量为三个，三个相控阵激光通信发射子装置位于同一水平面上，分别绕预设的轴心为中心均匀排布，以三个相控阵激光通信发射子装置水平位置为水平方位，以三个相控阵激光通信发射子装置竖直位置为俯仰方位。

如图2、3所示，每个激光通信发射子装置包括激光通信发射机11、光纤耦合器12、光波导相控阵13、光波导移相器14、液晶空间光调制器15和液晶偏振光栅16，首先激光通信发射机11发射出的激光信号通过光纤耦合器12进入光波导相控阵13；然后光波导移相器14调节进入所述光波导相控阵13中的激光信号的相位差，得到激光初调节信号；光波导相控阵13将调节好的激光初调节信号发射给液晶空间光调制器15；液晶空间光调制器15通过调整液晶层的折射率改变激光信号的相位差，得到激光终调节信号，并发送给所述液晶偏振光栅16；最后液晶偏振光栅16对激光终调节信号进行大范围离散分段指向。采用液晶空间光调制器15和液晶偏振光栅16来增大激光信号在俯仰方位角的范围，避免了波长调谐对激光通信系统的影响。

步骤1.1，所述激光通信发射机11发射出的激光信号通过所述光纤耦合器12进入光波导相控阵13。

具体而言，采用型号为kintex-7开发板XC7K325T的激光通信发射机11发射10Gbps激光通信信号到集成在光波导相控阵13芯片上的光纤耦合器12中，通过光纤耦合器12对激光信号进行耦合，进入到光波导相控阵13。

步骤1.2，所述光波导移相器14，调节进入所述光波导相控阵13中的激光信号的相位差，得到激光初调节信号，光波导相控阵13将调节好的激光初调节信号发射给液晶空间光调制器15。

具体而言，光波导移向器集成在相控阵芯片上，通过光波导移相器14控制光波导相控阵13芯片，控制激光信号的指向，光波导移相器14调节激光信号相位差的范围为水平方位角-60°～60°，得到激光初调节信号，光波导相控阵13再将调节好的激光初调节信号发射给液晶空间光调制器15。

步骤1.3，所述液晶空间光调制器15通过调整液晶层的折射率改变激光信号的相位差，得到激光终调节信号，并发送给所述液晶偏振光栅16。

具体而言，采用的液晶空间光调制器15的型号为：Meadowlark Optical-UserManual 1x12K Linear Array Spatial Light Modulator With 16-bit PCIeControlle，液晶空间光调制器15的转轴与光波导相控阵13的转轴相互垂直，液晶空间光调制器15基于光学相控阵技术，通过外加电场控制液晶层的折射率，使不同位置的液晶层具有不同的折射率，因而液晶层不同位置之间会形成一定的相位差，通过适当的电场调节使得液晶层整体位置上的相位分布呈周期性的类似于光栅结构的形貌，即相当于使用液晶形成类似光栅结构的相位深度形貌，当激光初调节信号入射至液晶层光栅相位面上时，激光初调节信号会发生偏转，通过不同电场的调制，液晶层可以实现不同的相位深度形貌，激光初调节信号实现不同角度的偏转。液晶空间光调制器15采用电光效应改变液晶折射率，实现激光信号的高精度的偏转所述空间光调制器通过调整液晶层的折射率，对激光信号的相位差进行俯仰方位角控制，相位差的范围为俯仰方位角-2.5°～2.5°，再将偏转后的激光终调节信号发送给液晶偏振光栅16。

步骤1.4，所述液晶偏振光栅16对激光终调节信号进行大范围离散分段指向。

具体而言，采用的液晶偏振光栅16的型号为透射式液晶偏振光栅16BNS-1550nm，液晶光调制器的转轴与液晶偏振光栅16转轴平行，液晶偏振光栅16基于控制入射光的偏手性,将圆偏转光衍射至+1级或-1级，通过集成快速电光半波偏振延迟器来控制偏振的偏手性，液晶偏振光栅16与机械式偏转器件相比，体积较小，重量轻，功耗低，液晶偏振光栅16的级联数决定了其偏转角度的分段数，采用四级液晶偏振光栅16级联，将空间光调制器15的激光终调节信号进行俯仰方位角的离散分段指向，俯仰方位角的范围分别为0°、-2.5°～2.5°、-5°～5°、-7.5°～7.5°、-10°～10°。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，其特征在于，包括：在同一水平面上绕预设的轴心周向排布的多个相控阵激光通信发射子装置，其中每个激光通信发射子装置包括激光通信发射机、光纤耦合器、光波导相控阵、光波导移相器、液晶空间光调制器和液晶偏振光栅；

所述激光通信发射机，发射出的激光信号通过所述光纤耦合器进入光波导相控阵；

所述光波导移相器，调节进入所述光波导相控阵中的激光信号的相位差，得到激光初调节信号；

所述光波导相控阵，将调节好的激光初调节信号发射给液晶空间光调制器；

所述液晶空间光调制器，通过调整液晶层的折射率改变激光初调节信号的相位差，得到激光终调节信号，并发送给所述液晶偏振光栅；

所述液晶偏振光栅对所述激光终调节信号进行大范围离散分段指向。

2.根据权利要求1所述的大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，其特征在于，所述激光通信发射子装置的数量为三个。

3.根据权利要求1所述的大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，其特征在于，所述激光通信发射机发射10Gbps激光信号。

4.根据权利要求1所述的大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，其特征在于，所述光波导移相器调节激光信号相位差的范围为水平方位角-60°～60°。

5.根据权利要求1所述的大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，其特征在于，所述空间光调制器通过调整液晶层的折射率，对激光信号的相位差进行俯仰方位角控制，相位差的范围为俯仰方位角-2.5°～2.5°。

6.根据权利要求1所述的大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，其特征在于，所述液晶偏振光栅采用的是四级液晶偏振光栅级联。

7.根据权利要求6所述的大范围非机械扫描相控阵激光通信发射装置，其特征在于，所述液晶偏振光栅将所述空间光调制器的激光信号进行俯仰方位角的离散分段指向，俯仰方位角的范围分别为0°、-2.5°～2.5°、-5°～5°、-7.5°～7.5°、-10°～10°。