CN108011672A - 激光通信中兼容偏振解调和光子数分辨的探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光通信中兼容偏振解调和光子数分辨的探测装置及方法。该装置包括半波片、偏振分束器、光纤耦合器、光纤分束器、单光子探测器等，经偏振调制的复合偏振光通过半波片和偏振分束器分为两束互相正交的线偏振光，之后通过光纤耦合器耦合进光纤并通过分束分成多个通道，最后使用单光子探测器对各通道进行探测，根据各通道的探测结果来推算该时刻接收到的脉冲光子数。该发明在光子计数激光通信中有构建方便、成本低、可扩展的优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光通信中的接收探测，具体涉及光子计数激光通信中偏振解调和光子数分辨方法。
背景技术：
目前常规的激光通信属于强光通信体制，激光调制方式可分为直接调制或相干调制。强光直接调制方式随通信距离增大通信终端的体积功耗均需大幅度增加；而相干调制方式则***复杂，受环境、光学链路影响较大，存在不稳定因素。在深空及水下等大损耗信道中常规强光通信体制均不适合，需采用光子计数激光通信体制。光子计数激光通信属于弱光通信方式，出射端的编码强激光经过超远信道的衰减后，在接收端仅剩余单光子量级能量，由单光子探测器探测并解码。
在光子计数激光通信中核心技术是对单光子信号的有效探测，光子计数激光通信中对背景光噪声比较敏感，为了有效抑制背景噪声影响，必须能分辨接收光信号脉冲中的光子数目，从而进行有效光信号的甄别。同时采用偏振调制方法，可进一步降低背景光影响，并提高通信速率。
目前单元型盖革模式单光子探测器性能好，技术成熟，但不具备光子分辨能力，而具备光子分辨能力的面阵型单光子探测器则获取困难、成本高昂。
发明内容：
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种用于光子计数激光通信中兼容偏振解调与光子数分辨的探测装置，具有构建方便、成本低、可扩展的优点。
本发明的测试装置如附图1所示，包括半波片1、偏振分束器2、光纤耦合器3、光纤分束器4、单光子探测器5、接收望远镜6。接收望远镜6接收的复合偏振光通过半波片1调整其偏振方向，使其偏振方向与之后的偏振分束器2的方向一致，偏振分束器2将复合偏振光分成两路正交的线偏振光；之后由两个光纤耦合器3将这两路正交的线偏振光耦合进光纤内，对每一路线偏振光，使用光纤分束器4将光纤内的光束等分为4-8个通道，每个通道的光信号最终由连接到各通道的单光子探测器5接收。
光子数分辨方法步骤如下：
1.采用各单光子探测器输出电信号的上升沿时刻作为判断依据；
2.以第一个输出的电信号时刻为起始基准，在其后时间间隔Δt内出现的所有探测器信号的总数目作为本时刻到达的信号脉冲光子数，Δt的大小由通信***中信号光脉冲宽度以及信道扩展量具体决定；
3.超过Δt时间出现的探测器信号视为下个时刻的信号。
本发明具有如下有益效果：
1.使用偏振复用调制，并在接收端进行偏振解调，能显著提高通信***的传输容量；
2.将接收光信号分为多路信号并分别使用单光子探测器进行探测，具备光子数分辨的能力，能测试出光脉冲信号内的光子数，能够有效抑制背景噪声。
附图说明：
图1是探测***示意图。图中 1.半波片、2.偏振分束器、3.光纤耦合器、4.光纤分束器、5.单光子探测器、6.接收望远镜。
图2是基于多通道单光子探测器的光子数分辨方法示意图。
具体实施方式：
测试装置及连接如附图1所示，各组成的参数描述为：
1)半波片：口径1/2英寸，使用波长780nm；
2)偏振分束器：1/2英寸偏振分束立方，分光比1:1；
3)光纤耦合器：f＝4.51mm,NA＝0.57,使用波长780nm；
4)光纤分束器：1×2单模光纤耦合器，分光比1:1；
5)单光子探测器：硅基单光子探测器，型号为EXCELITAS公司生产SPCM-AQRH-16-FC；
6)接收望远镜：口径100mm，压缩倍率10倍。
具体实施步骤为：
1)在发射端将要传输的信号经编码与调制加载到激光器上，产生偏振调制的光脉冲信号；
2)接收端使用半波片1调整入射光的偏振方向，将偏振基矢对准。再经过偏振分束器2将两个正交方向的偏振光分开，并通过光纤耦合器3将分离后的偏振光耦合进光纤；
使用光纤分束器4将光纤内的偏振光等分为4路信号，并通过单光子探测器5探测每路信号的输出，结果如附图2所示，通道3的脉冲最先到达，在其后时间间隔Δt＝1ns之内，通道1和通道2也接收到了脉冲信号，而通道4的脉冲信号到达的时间迟于1ns，因此可以认为在该时刻接收到了3个光子，即通道1、通道2和通道3接收到的光子。而通道4的脉冲认为是下一个时刻的信号脉冲。
Claims (2)
1.一种激光通信中兼容偏振解调和光子数分辨的探测装置，包括半波片(1)、偏振分束器(2)、光纤耦合器(3)、光纤分束器(4)、单光子探测器(5)、接收望远镜(6)，其特征在于：
由接收望远镜(6)接收的复合偏振光通过旋转半波片(1)调整其偏振方向，使其偏振方向与偏振分束器(2)的方向一致，偏振分束器(2)将复合偏振光分成两路正交的线偏振光，之后由两个光纤耦合器(3)将这两路正交的线偏振光耦合进光纤内，对每一路线偏振光，使用光纤分束器(4)将光纤内的光束等分为4-8个通道，每个通道的光信号最终由连接到各通道的单光子探测器(5)接收。
2.一种基于权利要求1所述的一种兼容偏振调制和光子数分辨的探测装置的光子数分辨方法，其特征在于包括如下步骤：
1)采用各单光子探测器输出电信号的上升沿时刻作为判断依据；
2)以第一个输出的电信号时刻为起始基准，在其后时间间隔Δt内出现的所有探测器信号的总数目作为本时刻到达的信号脉冲光子数，Δt的大小由通信***中信号光脉冲宽度以及信道扩展量具体决定；
3)超过Δt时间出现的探测器信号视为下个时刻的信号。
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