CN101551517A - 基于波前校正的相干激光通信*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于波前校正的相干激光通信的***。该装置是由起偏片(1)、望远***(2)、分光棱镜(3)、哈特曼－夏克波前传感器(4)、计算机***(5)、波前控制器(6)、空间光调制器(7)、本振激光器(8)、光耦合器(9)和探测器(10)组成。望远***(2)接收经过大气的激光，哈特曼－夏克波前传感器(4)探测畸变的波前信号，由计算机***(5)应用泽尼克多项式重构未畸变的波前信号，通过空间光调制器(7)的校正后，与本振激光器(8)发出的光束经过光耦合器(9)进行混频，产生相干后的中频信号，传送给探测器(10)。整个***通过上述方式对经过大气的激光进行校正，使探测器(10)得到经过对畸变的波前信号进行校正后的相干激光信号。
Description
技术领域
本发明专利涉及基于波前校正的相干激光通信***。
背景技术
激光通信的概念最早提出于20世纪60年代，但由于当时技术水平的限制，激光通信的研究刚刚起步。直到20世纪80年代，随着光电技术与器件工艺的发展，激光通信的研究才开始逐渐受到重视。激光通信***按接收***分为相干通信***和非相干通信***。早期的激光通信***借鉴光纤通信的技术，采用直接检测的非相干通信***，能够实现中低速通信，但***的发射功率和接收灵敏度都受到一定的限制。随着信息时代的高速发展，大容量激光通信技术成为通信研究的热点。因此，相干光通信是激光通信链路技术发展的极具潜力的选择，大大提高了接收机的灵敏度以及中继距离，具有优良的波长选择性和抗背景噪声性能，可发展成为频率间隔更小的波分复用***，并且可使用多种调制方式，适用于码率在Gb/s量级、传输距离在几万千米的空间激光通信。相干光通信体制具有的主要优点可归纳如下：1、相同链路距离、码速率和误码率条件下，探测灵敏度提高，中继距离变长；2、极强的波长选择性，通信容量大；3、由于接收端灵敏度的提高，收发天线口径可大大减小，从而有效降低整个通信端机的质量尺寸功耗；4、相对光频而言，相干接收***接收带宽极窄，结合相干光频率跟踪技术可极大地抑制背景光干扰，不受地球背景辐射影响，也可在太阳视场或近太阳视场工作；5、多种调制格式和检测解调方案可供选择，具有灵活的工程实现性；6、具有以频分复用方式实现更高速率传送的潜在优势。
相干光通信的实质是采用了光频段的外差探测，与直接探测相比，多了一个本振激光器。相干光通信原理如图1所示，该***由光学天线1、本振激光器2、光耦合器3、平衡检测光电二级管4、电信号处理5、本振光频率/相位锁定器6和偏振控制回路7组成。发射机部分采用外光调制方式将原信号以调幅、调相或调频的方式调制到光载波上，再经滤波器和光放大器传输出去。传输到达接收机时，有光学天线1接收，信号光首先与本振激光器2发出的激光信号进入光耦合器3进行相干混频，然后经过平衡检测光电二级管4、电信号处理5的处理，由探测器进行探测。本振光频率/相位锁定器6控制本振激光器2的频率/相位；偏振控制回路7控制由光学天线1接收的激光的偏振状态。探测器响应信号光和本振光的差频分量，输出一个电流，从光信号的高频域105GHz转换到电信号的中频域GHz。(参考文献：1、蔡燕民，陈刚，董作人等.空间激光通信***进展[J].激光与光电子学进展，2000，(5)：1-7；2、幺周石，胡渝.星间相干光通信技术的发展历程与趋势[J].星间光通信，2005，8：44-46；3、DonM.Boroson.An overview of Lincolnlaboratory development of laser comtechnologies for space.Proc.SPIE，1993，1866：30-39；4、Tolker-Nielsent，GuillenJ C.silex：The First European Optical Communication Terminalin Orbit.ESA Bulletin 96，1998；5、Dirk Giggenbach.Wavefrontmeasurements at ESA’s Optical Ground Station and simulationof heterodyne receiver performance.SPIE Vo1.3932；6、Christopher Wree，Abhay Joshi，Don Becker eta.相干光技术推动下一代光传输[J].光波通信，2006，3：25-27)。
相干光通信***也有不足之处，如大气吸收、散射造成的大气衰减效应和湍流效应的影响，其中大气湍流效应对相干激光通信的影响最大。主要表现为光束的偏折、漂移与光斑的破碎和能量闪烁等影响。激光在大气中传输受到大气湍流等效应的影响，波前相位发生畸变，与本振激光的波前相位不满足恒定的相位差要求，使得信号光和本振信号光外差混频效率降低，导致相干光通信信噪比下降，误码率增高。采用本发明专利基于波前校正的相干激光通信***能解决上述不足。
发明内容
为了克服大气湍流效应对相干激光通信的影响，本发明专利提供了基于波前校正的相干激光通信的***。本***可以有效地抑制由大气湍流引起的波前相位的畸变，提高信号的外差混频效率。
本发明基于波前校正的相干激光通信***，其特征在于，该***是由起偏片1、望远***2、分光棱镜3、哈特曼-夏克波前传感器4、计算机***5、波前控制器6、空间光调制器7、本振激光器8、光耦合器9和探测器10组成；其中起偏片1、望远***2、分光棱镜3和空间光调制器7依次同轴排列；哈特曼-夏克波前传感器4放在分光棱镜3的反射方向上并与其同轴，输出端与计算机***5相连；波前控制器6一端与计算机***5相连，另一端与空间光调制器7连接；光耦合器9放在与哈特曼-夏克波前传感器4相对应的分光棱镜3的另一侧，并且与分光棱镜3和哈特曼-夏克波前传感器4依次同轴排列；本振激光器8与探测器10分别放在光耦合器9的两侧，本振激光器8、光耦合器9和探测器10依次同轴排列。
信号光经过大气信道后，先经过起偏片1进行线偏振调制，由望远***(2)接收，再射入分光棱镜(3)，经过分光棱镜(3)分成两束光，一束光射入哈特曼-夏克波前传感器4，另一束光射入空间光调制器7；
带有图形处理器的图像采集卡的计算机***5从哈特曼-夏克波前传感器4采集畸变的波前信号，实时进行数据信息的多通道并行处理，计算出控制信号；
波前控制器6从计算机***5得到控制信号，根据控制信号输出控制电压来驱动空间光调制器7对由分光棱镜3射向空间光调制器7的光束进行校正；
由分光棱镜3射向空间光调制器7的光束经过校正后反射给分光棱镜3，完成畸变的波前信号的实时校正；
空间光调制器7校正后的光束由分光棱镜3反射给光耦合器9，与本振光激光器8发出的光束经过光耦合器9进行混频，产生相干后的中频信号，传送给探测器10。
整个***通过上述方式对经过大气的激光进行校正，使探测器10得到经过对畸变的波前信号进行校正后的相干激光信号。
附图说明
图1是传统的相干激光通信***示意框图。
图2是基于波前校正的相干激光通信***示意框图。
具体实施方式
实施例1
一种基于波前校正的相干激光通信***，其特征在于，该***是由起偏片1、望远***2、分光棱镜3、哈特曼-夏克波前传感器4、计算机***5、波前控制器6、空间光调制器7、本振激光器8、光耦合器9和探测器10组成；其中起偏片1、望远***2、分光棱镜3和空间光调制器7依次同轴排列；哈特曼-夏克波前传感器4放在分光棱镜3的反射方向上并与其同轴，输出端与计算机***5相连；波前控制器6一端与计算机***5相连，另一端与空间光调制器7连接；光耦合器9放在与哈特曼-夏克波前传感器4相对应的分光棱镜3的另一侧，并且与分光棱镜3和哈特曼-夏克波前传感器4依次同轴排列；本振激光器8与探测器10分别放在光耦合器9的两侧，本振激光器8、光耦合器9和探测器10依次同轴排列。
信号光经过大气信道后，先经过起偏片1进行线偏振调制，由望远***(2)接收，再射入分光棱镜(3)，经过分光棱镜(3)分成两束光，一束光射入哈特曼-夏克波前传感器4，另一束光射入空间光调制器7；
带有图形处理器的图像采集卡的计算机***5从哈特曼-夏克波前传感器4采集畸变的波前信号，实时进行数据信息的多通道并行处理，计算出控制信号；
波前控制器6从计算机***5得到控制信号，根据控制信号输出控制电压来驱动空间光调制器7对由分光棱镜3射向空间光调制器7的光束进行校正；
由分光棱镜3射向空间光调制器7的光束经过校正后反射给分光棱镜3，完成畸变的波前信号的实时校正；
空间光调制器7校正后的光束由分光棱镜3反射给光耦合器9，与本振激光器8发出的光束经过光耦合器9进行混频，产生相干后的中频信号，传送给探测器10。
整个***通过上述方式对经过大气的激光进行校正，使探测器10得到经过对畸变的波前信号进行校正后的相干激光信号。
Claims (2)
1、一种基于波前校正的相干激光通信***，其特征在于，该***是由起偏片(1)、望远***(2)、分光棱镜(3)、哈特曼-夏克波前传感器(4)、计算机***(5)、波前控制器(6)、空间光调制器(7)、本振激光器(8)、光耦合器(9)和探测器(10)组成；其中起偏片(1)、望远***(2)、分光棱镜(3)和空间光调制器(7)依次同轴排列；哈特曼-夏克波前传感器(4)放在分光棱镜(3)的反射方向上并与其同轴，输出端与计算机***(5)相连；波前控制器(6)一端与计算机***(5)相连，另一端与空间光调制器(7)连接；光耦合器(9)放在与哈特曼-夏克波前传感器(4)相对应的分光棱镜(3)的另一侧，并且与分光棱镜(3)和哈特曼-夏克波前传感器(4)依次同轴排列；本振激光器(8)与探测器(10)分别放在光耦合器(9)的两侧，本振激光器(8)、光耦合器(9)和探测器(10)依次同轴排列。
2、信号光经过大气信道后，先经过起偏片(1)进行线偏振调制，由望远***(2)接收，再射入分光棱镜(3)，经过分光棱镜(3)分成两束光，一束光射入哈特曼-夏克波前传感器(4)，另一束光射入空间光调制器(7)；
带有图形处理器的图像采集卡的计算机***(5)从哈特曼-夏克波前传感器(4)采集畸变的波前信号，实时进行数据信息的多通道并行处理，计算出控制信号；
波前控制器(6)从计算机***(5)得到控制信号，根据控制信号输出控制电压来驱动空间光调制器(7)对由分光棱镜(3)射向空间光调制器(7)的光束进行校正；
由分光棱镜(3)射向空间光调制器(7)的光束经过校正后反射给分光棱镜(3)，完成畸变的波前信号的实时校正；
空间光调制器(7)校正后的光束由分光棱镜(3)反射给光耦合器(9)，与本振激光器(8)发出的光束经过光耦合器(9)进行混频，产生相干后的中频信号，传送给探测器(10)。
整个***通过上述方式对经过大气的激光进行校正，使探测器(10)得到经过对畸变的波前信号进行校正后的相干激光信号。
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