CN108306679B - 一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器,过焦平面失调对光束反射方向的偏转控制逆向反射光强变化实现信号调制，可实现模拟调制、数字调制等多种调制模式，具有适用性强、扩展性强，可满足不同的信息传输需求；通过利用可在焦平面产生失调量的器件与反射镜结合构建空间光调制器，可对多种波长激光产生调制，具有成本低、可扩展性强的优点；该猫眼逆向调制器具有广泛的应用前景，可广泛应用于需要被动信息收集和组网光通信的领域，具有体积小、功耗低、适用性强、成本低等优点可与多个自由空间激光主动通信终端建立猫眼逆向调制光通信链路，具有功耗低、体积小、***轻便等优点，实现组网光通信。

Description

一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器
技术领域
本发明属于自由空间激光通信技术领域，具体涉及一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器。
背景技术
逆向调制自由空间激光通信***有效解决了传统自由空间激光通信***瞄准捕获跟踪的难题，使得自由空间激光通信***动平台应用成为现实，其中猫眼逆向调制器利用猫眼效应与位于焦平面处的空间光调制器结合，可以实现小面积空间光调制器与大口径猫眼光学***匹配，从而可以利用大口径猫眼光学***接收入射光束的同时利用小面积空间光调制器实现高速调制。目前国内外关于猫眼逆向调制自由空间激光通信技术高度关注，美国海军研究室等开展了基于多量子阱空间光调制器的猫眼逆向调制器研究，并实现了40Mbps的通信速率，但是多量子阱空间光调制器价格高昂，***损耗大，且对通信波长的选择极为苛刻，不利于广泛使用。国内关于逆向调制激光通信的研究多集中在***构建，长春理工大学采用光纤环形器、光纤放大器、DPSK调制器和猫眼光学***构成的猫眼逆向调制器，该调制器不能保证调制后的光经光纤后的方向原路返回，不能发挥逆向调制终端的优势。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器,可解决现有猫眼逆向调制器采用多量子阱空间光调制器调制器成本太高，***损耗大，不利于广泛使用，采用DPSK调制器构成的猫眼逆向调制器方向不可控，不能发挥逆向调制器的优势的缺点。
一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器，包括猫眼光学***、反射式空间光调制器、光电探测器、分光镜、调制器驱动以及信号处理与控制器；
所述猫眼光学***接收入射激光光束；
所述分光镜将猫眼光学***接收来的光束分别聚焦于反射式空间光调制器的反射面和光电探测器上；
所述光电探测器位于猫眼光学***的焦平面上，将聚焦的光信号进行光电转换，并将转换的电信号传输到信号处理与控制器；
所述信号处理与控制器将接收到所述电信号进行处理，得到处理结果；并根据处理结果中要求发送的信息进行编码传输给调制器驱动；
所述调制器驱动接收信号处理与控制器发送的编码信号，产生随编码变化的驱动信号，且不通编码的驱动信号不同，并将驱动信号传输给反射式空间光调制器；
所述反射式空间光调制器位于猫眼光学***的焦平面上，接收调制器驱动产生的驱动信号，并根据驱动信号在与猫眼光学***光轴垂直的方向产生随驱动信号变化的偏转，从而控制反射光方向产生与驱动信号对应的偏转，使得通过猫眼光学***原路反射的有效光束随驱动信号发生变化，进而产生随驱动信号变化的反射光强，实现调制。
进一步的，所述猫眼光学***同时接收来自一个以上自由空间激光主动通信终端发射的不同方向的光束，并聚焦到光电探测器和反射式空间光调制器不同的区域上；所述信号处理与控制器接收光电探测器不同区域的电信号并得到处理结果；并根据各个处理结果中要求发送的信息分别进行编码传输给调制器驱动；所述调制器驱动根据不同的编码信息分别控制反射式空间光调制器对应区域的偏转，完成调制。
较佳的，所述信号处理与控制器对所述信号进行模拟形式编码，由此实现反射式空间光调制器对信号的模拟调制；或者对所述信号进行数字式编码，由此实现反射式空间光调制器对信号的数字调制。
较佳的，所述反射式空间光调制器同时对一种以上波长激光进行调制。
较佳的，所述反射式空间光调制器采用数字微镜器件。
较佳的，所述反射式空间光调制器为TI制造的DL9500DMD反射镜。
较佳的，光电探测器采用Thorlabs FDS100光电二极管。
较佳的，所述反射式空间光调制器采用摆镜、MEMS反射镜或者振镜。
本发明具有如下有益效果：
(1)、本发明通过焦平面失调对光束反射方向的偏转控制逆向反射光强变化实现信号调制，可实现模拟调制、数字调制等多种调制模式，具有适用性强、扩展性强，可满足不同的信息传输需求；通过利用可在焦平面产生失调量的器件与反射镜结合构建空间光调制器，可对多种波长激光产生调制，具有成本低、可扩展性强的优点；该猫眼逆向调制器具有广泛的应用前景，可广泛应用于需要被动信息收集和组网光通信的领域，具有体积小、功耗低、适用性强、成本低等优点。
(2)本发明基于焦平面失调的猫眼逆向调制器可与多个自由空间激光主动通信终端建立猫眼逆向调制光通信链路，具有功耗低、体积小、***轻便等优点；还可同时与猫眼光学***有效视场角内的多个主动通信终端建立通信链路，实现组网光通信。
附图说明
图1为本发明基于焦平面失调的猫眼逆向调制器结构图；
图2为本发明实例结构图；
图3为本发明实例中的反射式空间光调制器6工作状态示意图；
其中，1-猫眼光学***，2-分束镜，3-光电探测器，4-信号处理与控制器4， 5-调制器驱动5，6-反射式空间光调制器6，7-数字微镜器件，8-电脑，9-反射镜面。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明的基于焦平面失调的猫眼逆向调制器主要包括猫眼光学***1，置于焦平面处的可产生焦平面失调的反射式空间光调制器6，光电探测器3，分束镜2，调制器驱动5和信号处理与控制器4；
所述猫眼光学***1接收入射激光光束，通过分束镜2将光束分别聚焦于反射式空间光调制器6和光电探测器3上；
所述光电探测器3将聚焦的光信号进行光电转换，并将转换的电信号传输到信号处理与控制器4；
所述信号处理与控制器4接收到光电探测器3传输的电信号，对其进行处理，并根据处理结果中要求发送的信息进行编码传输给调制器驱动5；该信息可以是存储在本地或者可获取的图片、语音或者文字信息。
所述调制器驱动5接收信号处理与控制器4发送的编码信号，并依据编码信号产生随编码信号变化的驱动信号，且不同的编码的驱动信号不同，并将驱动信号传输给反射式空间光调制器6。
所述反射式空间光调制器6的反光面朝向猫眼光学***1镜头方向，接收猫眼光学***1聚焦的光束并将其向猫眼光学***1镜头反射；接收调制器驱动5产生的驱动信号，并根据驱动信号的变化在与猫眼光学***1光轴垂直的方向产生随驱动信号变化的偏转即焦平面失调量，从而控制反射光方向产生与驱动信号对应的偏转，使可通过猫眼光学***1原路反射的有效光束随信号发生变化，进而产生随信号变化的反射光强，实现调制。
所述基于焦平面失调的猫眼逆向调制器采用大视场猫眼光学***1，可同时接收不同方向的多个光束并对各光束进行调制并原路反射。
本发明的猫眼逆向调制器利用焦平面失调量对光产生调制，可根据不同需求进行调幅、差分调幅等多种调制方式进行通信，通信速率由空间光调制器摆动频率决定。
如图2所示，本发明的基于焦平面失调的猫眼逆向调制器主要包括猫眼光学***1，置于焦平面处的数字微镜器件7(Digital Micromirror Device，DMD) 作为反射式空间光调制器6，光电探测器3，安装有DMD驱动的电脑作为DMD驱动和信号处理与控制器4；
所述猫眼光学***1有效口径为20mm，有效视场角为30°，接收入射激光光束，通过分束镜2将光束分别聚焦于反射式空间光调制器6和光电探测器3 上；
所述光电探测器3采用Thorlabs FDS100光电二极管，将聚焦的光信号进行光电转换，并将转换的电信号传输到安装在电脑8上的数据采集卡；
电脑8通过数据采集卡获取光电探测器3传输的电信号，对其进行处理，并根据处理结果将要发送的信息对应为需要加载到DMD的不同图像序列，并将表示信息的特定序列图像通过USB3.0传输到DMD，驱动DMD根据图像加载特定图像；
所述反射式空间光调制器6为TI制造的DL9500DMD反射镜，存在3种稳态，即+12°,-12°和flat state，***设定其+12°状态法线方向与猫眼光学***1光轴方向一致，且反射镜面9指向镜头，如图3所示；猫眼光学***1 将入射光束聚焦在DMD反射镜面9上，并由反射镜面9进行反射，根据几何光学原理，在反射镜面9法向与光轴重合时(即+12°状态)逆向反射光强达到最大值，而在-12°时达到最小值。DMD加载图像与偏转角度及反射光强之间的对应关系如表1所示，DMD根据加载图像的不同，在+12°和-12°之间进行转换，从而控制逆向反射光强随序列图像变化，实现信号传输。
表1
传输信号 加载图像 DMD状态 焦平面失调状态 逆向反射光强
0 全黑 -12°状态 失调 弱
1 全白 +12°状态 非失调 强
本发明的基于焦平面失调的猫眼逆向调制器可以解决现有猫眼逆向调制激光通信猫眼逆向调制器设计受空间光调制器对波长敏感、调制比低、成本高等限制：
现有猫眼逆向调制器所采用的空间光调制多为大口径铁电液晶晶体和多量子阱空间光调制器，其对波长具有极强的选择性，对通信***激光器性能提出了苛刻要求；本发明可采用摆镜、MEMS反射镜、振镜等多种器件产生焦平面式调构建猫眼逆向调制器，采用反射结构可以对大范围波长产生调制作用，使得通信***具有很强的可扩展性；
现有猫眼逆向调制器所采用的大口径铁电液晶晶体和多量子阱空间光调制器制造成本很高，本发明可采用成本低廉的摆镜等作为空间光调制器，有效降低***成本。
本发明的猫眼逆向调制器可以采用特殊设计的大视场猫眼光学***1实现对视场角内不同入射角的多个终端同时构建通信链路，实现光广播通信或以猫眼逆向调制器为节点的星型组网通信，突破了现有自由空间激光通信的点对点结构限制，具有广阔的应用前景。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器，其特征在于，包括猫眼光学***、反射式空间光调制器、光电探测器、分光镜、调制器驱动以及信号处理与控制器；
所述猫眼光学***接收入射激光光束；
所述分光镜将猫眼光学***接收来的光束分别聚焦于反射式空间光调制器的反射面和光电探测器上；
所述光电探测器位于猫眼光学***的焦平面上，将聚焦的光信号进行光电转换，并将转换的电信号传输到信号处理与控制器；
所述信号处理与控制器将接收到所述电信号进行处理，得到处理结果；并根据处理结果中要求发送的信息进行编码传输给调制器驱动；
所述调制器驱动接收信号处理与控制器发送的编码信号，产生随编码变化的驱动信号，且不同 编码的驱动信号不同，并将驱动信号传输给反射式空间光调制器；
所述反射式空间光调制器位于猫眼光学***的焦平面上，接收调制器驱动产生的驱动信号，并根据驱动信号在与猫眼光学***光轴垂直的方向产生随驱动信号变化的偏转，从而控制反射光方向产生与驱动信号对应的偏转，使得通过猫眼光学***原路反射的有效光束随驱动信号发生变化，进而产生随驱动信号变化的反射光强，实现调制；
所述猫眼光学***同时接收来自一个以上自由空间激光主动通信终端发射的不同方向的光束，并聚焦到光电探测器和反射式空间光调制器不同的区域上；所述信号处理与控制器接收光电探测器不同区域的电信号并得到处理结果；并根据各个处理结果中要求发送的信息分别进行编码传输给调制器驱动；所述调制器驱动根据不同的编码信息分别控制反射式空间光调制器对应区域的偏转，完成调制。
2.如权利要求1所述的一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器，其特征在于，所述信号处理与控制器对所述信号进行模拟形式编码，由此实现反射式空间光调制器对信号的模拟调制；或者对所述信号进行数字式编码，由此实现反射式空间光调制器对信号的数字调制。
3.如权利要求1所述的一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器，其特征在于，所述反射式空间光调制器同时对一种以上波长激光进行调制。
4.如权利要求1所述的一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器，其特征在于，所述反射式空间光调制器采用数字微镜器件。
5.如权利要求4所述的一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器，其特征在于，所述反射式空间光调制器为TI制造的DL9500 DMD反射镜。
6.如权利要求4或5所述的一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器，其特征在于，光电探测器采用Thorlabs FDS100光电二极管。
7.如权利要求1所述的一种基于焦平面失调的猫眼逆向调制器，其特征在于，所述反射式空间光调制器采用摆镜、MEMS反射镜或者振镜。
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