CN102158286A - 反射式差分相移键控相干接收机 - Google Patents
反射式差分相移键控相干接收机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102158286A CN102158286A CN2011100245753A CN201110024575A CN102158286A CN 102158286 A CN102158286 A CN 102158286A CN 2011100245753 A CN2011100245753 A CN 2011100245753A CN 201110024575 A CN201110024575 A CN 201110024575A CN 102158286 A CN102158286 A CN 102158286A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- speculum
- photodetector
- circuit
- light
- polarization beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 title abstract 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 51
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 19
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
一种用于自由空间光通信的差分相移键控相干接收机，由反射式差动光回路、2×4光学桥接器、光电探测器、两个通道平衡接收电路、锁相电路组成。用于空间激光通信接收机中的光信号接收，经数据处理电路，输出数据信号。两通道的平衡接收信号相乘后，经锁相电路，输出控制位相精密控制器。本发明能实现光平衡接收；利用锁相电路实时控制光程精密调整，可保持光程差稳定，保证***精度。
Description
技术领域
本发明涉及空间激光通信，是一种用于自由空间激光通信的差分相移键控(以下简称为DPSK)相干信号光接收机，由反射式差动光回路、2×4光学桥接器、光电探测器、两个平衡接收通道、锁相电路组成。用于空间激光通信接收机中的光信号接收，经处理电路，输出信号(编码)。
背景技术
在先技术[1](相位补偿偏振分光2×490°自由空间光学桥接器，光学学报，Vol.29，3291～3294，2009)中所描述的自由空间桥接器将信号光和本振光合成后，输出四束，其中两两组成同相通道和正交通道，平衡接收。同相通道与正交通道之间相差90度，产生锁相所需的误差信号。在本发明中，需要信号光与延时的信号光自身合成，实现平衡接收和锁相，需要改进。
在先技术[2](High-data-rate systems for space applications，Proc.SPIE，Vol.2381，38，1995)中所描述的星地激光通信中采用DPSK调制，接收机采用光纤放大和光纤型马赫曾德尔干涉仪解调，平衡接收，灵敏度比开关键控(OOK)调制直接探测方法高3dB。但是大气扰动下的波面质量下降，光纤耦合效率降低，严重影响灵敏度，使DPSK这种调制方式抗扰动的能力得不到充分利用。
在先技术[3](Adaptive optics and ESA′s optical ground station，Proc.SPIE，Vol.7464，746406，2009)中所描述的DPSK解调采用自由空间结构的马赫曾德尔干涉仪或迈克尔逊干涉仪，工作中应保证两臂长之差的控制精度远远优于四分之一波长，约为0.2微米。但结构中缺少精密调整器件和锁相环，无法保证***精度，也不能实时调整。同时没有平衡接收，无法去除直流分量，灵敏度较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述已有技术困难，提供一种反射式差分相移键控相干接收机，以实现光平衡接收；利用锁相电路实时控制光程精密调整，保持光程差稳定，保证***精度。
本发明的技术解决方案如下。
一种反射式差分相移键控相干接收机，特点在于其构成包括光学部分、光电探测器部分和电子学部分：
光学部分包括反射式差动光回路和2×490°自由空间光学桥接器，电子学部分包括同相探测通道、正交探测通道、锁相电路和数据处理电路，所述的光电探测器部分包括四个光电探测器；
所述的反射式差动光回路由第一偏振分束器、第一四分之一波片、第二四分之一波片、第一透镜、长焦透镜、第一反射镜、第二反射镜、第二偏振分束器(6)第三反射镜和第四反射镜构成，其位置关系是：在第一偏振分束器的透射方向依次是第一四分之一波片、透镜和第一反射镜；在第一偏振分束器的反透射方向依次是第二四分之一波片、长焦透镜、精密位相控制器和第二反射镜；在所述的第一反射镜的反射光进入所述的第一偏振分束器后经界面反射，在该反射光方向依次是第二偏振分束器和第四反射镜，在第二偏振分束器的反射光方向是第三反射镜；经所述的第三反射镜和第四反射镜反射的光同时进入所述的2×490°自由空间光学桥接器，该2×490°自由空间光学桥接器的四个输出端分别设置第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器，在所述的第一光电探测器和第二光电探测器之后是正交平衡电路，在所述的第三光电探测器和第四光电探测器之后是同相平衡电路、所述的同相平衡电路的输出端同时与数据处理电路和乘法器电路的输入端相连，所述的正交平衡电路的输出端与所述的乘法器电路的输入端相连，该乘法器电路的输出端经所述的锁相电路与所述的精密位相控制器的控制端相连。
光束经过所述的反射式差动光回路输出的两路光的时间差等于调制数据1比特的时间间隔，经第三光电探测器和第四光电探测器探测并由所述的同相平衡电路处理的平衡接收信号即为解调信号。
所述的长焦透镜的焦距为f1；另一透镜的焦距为f2，光入瞳和出瞳的位置重合为在第一偏振分束器的界面，所述的第二反射镜与所述的长焦透镜的间距为焦距f1，第一反射镜与透镜的间距为焦距f2，并满足关系式：
式中：c为光速，G为数据传输速率。
所述的第一反射镜和光瞳成像透镜下设导轨，移动精度为100微米，构成与数据传输速率G匹配的光程模块。
所述的与数据传输速率G匹配的光程模块制成具有不同光程的多个光程模块，根据数据传输速率的不同更换光程模块，以实现与传输速率G的匹配。
所述的精密位相控制器是透光的光学元件，为电光调制晶体或双平行光学玻璃平板。
本发明的技术效果如下：
本发明采用非光纤自由空间结构，用于空间激光通信DPSK信号解调。采用偏振器件和光瞳成像透镜组成反射式光回路，与2×490°自由空间光学桥接器一起，能实现光平衡接收；利用锁相电路实时控制光程精密调整，可保持光程差稳定，保证***精度。
附图说明
图1为本发明的主结构示意图
图2为实施的具体结构图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明反射式差分相移键控相干接收机，构成包括光学部分、光电探测器部分和电子学部分：
光学部分包括反射式差动光回路和2×490°自由空间光学桥接器27，电子学部分包括同相探测通道、正交探测通道、锁相电路(23)和数据处理电路(24)等，所述的光电探测器部分包括四个光电探测器。
反射式差动光回路，该回路由第一偏振分束器1、第一四分之一波片2、第二四分之一波片3、透镜20、长焦透镜21、第一反射镜5、第二反射镜4、第二偏振分束器6、第三反射镜7和第四反射镜8构成，其位置关系是：在第一偏振分束器1的透射方向依次是第一四分之一波片2、透镜20和第一反射镜5；在第一偏振分束器1的反透射方向依次是第二四分之一波片3、长焦透镜21、精密位相控制器22和第二反射镜4；在所述的第二反射镜5的反射光进入所述的第一偏振分束器1后经界面1a反射，在该反射光方向依次是第二偏振分束器6和第四反射镜8，在第二偏振分束器6的反射光方向是第三反射镜7；经所述的第三反射镜7和第四反射镜8反射的光同时进入所述的2×490°自由空间光学桥接器27，该2×490°自由空间光学桥接器27的四个输出端分别设置第一光电探测器16、第二光电探测器17、第三光电探测器18、第四光电探测器19，在所述的第一光电探测器16和第二光电探测器17之后是正交平衡电路26，在所述的第三光电探测器18和第四光电探测器19之后是同相平衡电路25、所述的正交平衡电路26的输出端同时与数据处理电路24和乘法器电路28的输入端相连，所述的同相平衡电路25的输出端与所述的乘法器电路(28)的输入端相连，该乘法器电路(28)的输出端经所述的锁相电路23与所述的精密位相控制器22的控制端相连。
其中光电探测器、电子学部分为成熟产品或技术，可以购买或委托研制。
假定接收光为圆偏振光(如果为其它偏振状态，需要转换为圆偏振光)。在经过偏振分束器时，反射光为垂直偏振光，透射光为水平偏振光。
输入信号光首先进入反射式差动光回路，经第一偏振分束器1，在该偏振分束器界面1a处，水平偏振光透射和垂直偏振光反射，分别经过第一四分之一波片2或第二一四分之一波片3后，经过透镜20或长焦透镜21，第一反射镜4或第二反射镜5反射后，原路返回到第一偏振分束器1。因为有四分之一波片，所以原来的水平偏振和垂直偏振互换，透射和反射转换，经过第一偏振分束器1的两束光的方向与输入信号光方向垂直。到达第二偏振分束器6后，分为两束，由第三反射镜7或第四反射镜8反射后，进入2×490°光学桥接器27，经由第一光电探测器16、第二光电探测器17、第三光电探测器18、第四光电探测器19探测并转换为电信号，同相平衡接收电路26的一部分经数据处理电路24输出信号；另一部分与正交平衡接收电路25的信号经过乘法器电路28后相乘，经由锁相电路23处理后，作为精密位相控制器22的控制信号，保持光程稳定。
当光束经过反射式差动光回路，输出的两路光(将入射到2×490°光学桥接器)，它们的时间差等于调制数据1比特的时间间隔，平衡接收信号即为解调信号。
如图1所示，光瞳成像长焦透镜21，焦距为f1；另一透镜20，焦距为f2。光入瞳和出瞳位置重合为在第一偏振分束器1的界面1a。第二反射镜5与所述的长焦透镜21的间距为焦距f1，第一反射镜4与透镜20的间距为焦距f2，满足关系式：
反射镜5和光瞳成像透镜20，下设导轨，移动精度为100微米，为与数据传输速率G匹配的光程模块。可以制成多个光程模块，根据数据传输速率的不同进行更换。
所述的精密位相控制器22为透光的光学元件，一种为电光调制晶体，改变偏置电压，通过晶体的光程变化，精度高于四分之一波长。另一种为光学玻璃双平行平板，通过精密旋转角度，改变光通过平板的光程，精度远高于四分之一波长。
本发明的反射式差分相移键控相干接收机一个实施例的具体结构如图2所示，圆偏振的信号光透过第一偏振分束器1、第一四分之一波片2、透镜20、第一反射镜5反射后，再次通过透镜20、第一四分之一波片2、第一偏振分束器1反射后，经过第二偏振分束器6反射、第三反射镜7、第三四分之一波片10、第三偏振分束器11、第二二分之一波片12，第四偏振分束器15组成正交通道，经过第一光电探测器16和第二光电探测器17探测并转换为电信号，该第一光电探测器16和第二光电探测器17一般为PIN光电二极管，通过第一光电探测器16和第二光电探测器17的电信号相减，由正交平衡电路25处理。圆偏振信号光在第一偏振分束器1的反射面1a反射，经过第二四分之一波片3、长焦透镜21、精密位相控制器22、经过第二反射镜4反射再次通过精密位相控制器22、长焦透镜21、第二四分之一波片3、经第一偏振分束器1透射后，经第二偏振分束器6透射，经第四反射镜8、第一二分之一波片9、第三偏振分束器11、第三二分之一波片13、第五偏振分束器14组成同相通道，所述的第三光电探测器18和第四三光电探测器19探测并转换为电信号，第三光电探测器18和第四三光电探测器19一般为PIN光电二极管，通过第三光电探测器18和第四三光电探测器19的电信号相减，由同相平衡电路26处理；经同相平衡电路处理后的电信号，一部分输出经数据处理电路24输出数据，另一部分与正交平衡处理电路25处理后的电信号经过乘法器电路28相乘，由锁相电路23处理，作为精密位相调整器22的控制信号，稳定反射光回路的光程差。
如图2所示。透镜20和21的入瞳和出瞳位置重合为1a，入瞳的物距均为1倍焦距。
第一二分之一波片9、第二二分之一波片12和第三二分之一波片13的光轴方向与入射光偏振方向成22.5度。偏振光经过二分之一波片后，偏振方向旋转45度。然后经过偏振分束器，垂直偏振光反射，水平偏振光透射。
实验和数据分析表明，本发明采用非光纤自由空间结构，用于空间激光通信DPSK信号解调。采用偏振器件和光瞳成像透镜组成反射式光回路，与2×490°自由空间光学桥接器一起，能实现光平衡接收；利用锁相电路实时控制光程精密调整，可保持光程差稳定，保证***精度。
Claims (6)
1.一种反射式差分相移键控相干接收机，特征在于其构成包括光学部分、光电探测器部分和电子学部分：
光学部分包括反射式差动光回路和2×490°自由空间光学桥接器，电子学部分包括同相探测通道、正交探测通道、锁相电路(23)和数据处理电路，所述的光电探测器部分包括四个光电探测器；
所述的反射式差动光回路由第一偏振分束器(1)、第一四分之一波片(2)、第二四分之一波片(3)、第一透镜(20)、长焦透镜(21)、第一反射镜(5)、第二反射镜(4)、第二偏振分束器(6)、第三反射镜(7)和第四反射镜(8)构成，其位置关系是：在第一偏振分束器(1)的透射方向依次是第一四分之一波片(2)、第一透镜(20)和第一反射镜(5)；在第一偏振分束器(1)的反透射方向依次是第二四分之一波片(3)、长焦透镜(21)、精密位相控制器(22)和第二反射镜(4)；在所述的第一反射镜(5)的反射光进入所述的第一偏振分束器(1)后经界面(1a)反射，在该反射光方向依次是第二偏振分束器(6)和第四反射镜(8)，在第二偏振分束器(6)的反射光方向是第三反射镜(7)；经所述的第三反射镜(7)和第四反射镜(8)反射的光同时进入所述的2×490°自由空间光学桥接器(27)，该2×490°自由空间光学桥接器(27)的四个输出端分别设置第一光电探测器(16)、第二光电探测器(17)、第三光电探测器(18)、第四光电探测器(19)，在所述的第一光电探测器(16)和第二光电探测器(17)之后是正交平衡电路(25)，在所述的第三光电探测器(18)和第四光电探测器(19)之后是同相平衡电路(26)、所述的同相平衡接收电路(26)的输出端同时与数据处理电路(24)和乘法器电路(28)的输入端相连，所述的正交平衡电路(25)的输出端与所述的乘法器电路(28)的输入端相连，该乘法器电路(28)的输出端经所述的锁相电路(23)与所述的精密位相控制器(22)的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的反射式差分相移键控相干接收机，其特征在于光束经过所述的反射式差动光回路输出的两路光的时间差等于调制数据1比特的时间间隔，经第三光电探测器(18)和第四光电探测器(19)探测并由所述的同相平衡电路(26)处理的平衡接收信号即为解调信号。
3.根据权利要求1所述的反射式差分相移键控相干接收机，其特征在于所述的长焦透镜(21)的焦距为f1；另一透镜(20)的焦距为f2，光入瞳和出瞳的位置重合为在第一偏振分束器(1)的界面(1a)，所述的第二反射镜(4)与所述的长焦透镜(21)的间距为焦距f1，第一反射镜(5)与透镜(20)的间距为焦距f2，并满足关系式：
式中：c为光速，G为数据传输速率。
4.根据权利要求3所述的反射式差分相移键控相干接收机，其特征在于所述的第一反射镜(5)和光瞳成像透镜(20)下设导轨，移动精度为100微米，构成与数据传输速率G匹配的光程模块。
5.根据权利要求4所述的反射式差分相移键控相干接收机，其特征在于所述的与数据传输速率G匹配的光程模块制成具有不同光程的多个光程模块，根据数据传输速率的不同更换光程模块，以实现与传输速率G的匹配。
6.根据权利要求1所述的反射式差分相移键控相干接收机，其特征在于所述的精密位相控制器(22)是透光的光学元件，为电光调制晶体或双平行光学玻璃平板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110024575.3A CN102158286B (zh) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 反射式差分相移键控相干接收机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110024575.3A CN102158286B (zh) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 反射式差分相移键控相干接收机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102158286A true CN102158286A (zh) | 2011-08-17 |
| CN102158286B CN102158286B (zh) | 2014-06-25 |
Family
ID=44439502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110024575.3A Active CN102158286B (zh) | 2011-01-21 | 2011-01-21 | 反射式差分相移键控相干接收机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102158286B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102594456A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-18 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 自相位差分干涉光信号接收装置 |
| CN102624447A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-08-01 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双光路实时控制差分干涉接收装置 |
| CN111780853A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-16 | 上海交通大学 | 基于正交频分复用的光纤水听器阵列高频率响应探测方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102098095A (zh) * | 2011-01-21 | 2011-06-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 透射式差分相移键控相干接收机 |
-
2011
- 2011-01-21 CN CN201110024575.3A patent/CN102158286B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102098095A (zh) * | 2011-01-21 | 2011-06-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 透射式差分相移键控相干接收机 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 冯勇等: "差分相移键控信号的数字相干光检测与色散补偿研究与实现", 《中国激光》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102594456A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-18 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 自相位差分干涉光信号接收装置 |
| CN102624447A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-08-01 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双光路实时控制差分干涉接收装置 |
| CN102624447B (zh) * | 2012-03-29 | 2014-10-01 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双光路实时控制差分干涉接收装置 |
| CN102594456B (zh) * | 2012-03-29 | 2014-10-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 自相位差分干涉光信号接收装置 |
| CN111780853A (zh) * | 2020-07-10 | 2020-10-16 | 上海交通大学 | 基于正交频分复用的光纤水听器阵列高频率响应探测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102158286B (zh) | 2014-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5737874B2 (ja) | 復調器及び光送受信機 | |
| US10419120B2 (en) | Phased-array coherent transceiver | |
| US7573641B2 (en) | Free-space optical hybrid | |
| US8699122B2 (en) | Interferometer, demodulator, and optical fiber communication module | |
| CN101561560B (zh) | 偏振分束双折射空间光桥接器 | |
| CN101340243A (zh) | 一种实现dqpsk解调的方式及其装置 | |
| CN109728855A (zh) | 双向同频段自适应光学激光通信光学终端 | |
| CN102624447B (zh) | 双光路实时控制差分干涉接收装置 | |
| CN102098095B (zh) | 透射式差分相移键控相干接收机 | |
| CN102158286B (zh) | 反射式差分相移键控相干接收机 | |
| CN201499170U (zh) | 基于标准具结构的差分正交相移键控格式解调器 | |
| CN109600171A (zh) | 基于少模多芯光纤的自由空间光学接收*** | |
| CN102594456B (zh) | 自相位差分干涉光信号接收装置 | |
| Soma et al. | Ultra-broadband surface-normal coherent optical receiver with nanometallic polarizers | |
| CN102236232B (zh) | 波面差动干涉空间光解调器 | |
| CN101860397B (zh) | 连续平衡路径补偿的光电接收机及其补偿方法 | |
| CN110531469B (zh) | 单纤双向光模块 | |
| CN201464714U (zh) | 双波片相位调整双折射空间光桥接器 | |
| CN104601247A (zh) | 本振增强型差分信号接收装置 | |
| CN207924208U (zh) | 在同波长下实现光收发一体的光器件 | |
| CN102985870A (zh) | 退偏器 | |
| CN201341138Y (zh) | 基于标准具结构的差分相移键控解调器 | |
| CN111780873A (zh) | 一种棱镜型干涉测量装置 | |
| Paroli et al. | High data-transfer density using 4-states optical vortices for deep space optical communication links | |
| CN102231649A (zh) | 一种实现dqpsk解调的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |