CN101551517A - 基于波前校正的相干激光通信系统 - 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系统。该装置是由起偏片(1)、望远系统(2)、分光棱镜(3)、哈特曼-夏克波前传感器(4)、计算机系统(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。望远系统(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,由计算机系统(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)。整个系统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系统。
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。激光通信系统按接收系统分为相干通信系统和非相干通信系统。早期的激光通信系统借鉴光纤通信的技术,采用直接检测的非相干通信系统,能够实现中低速通信,但系统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系统,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,相干接收系统接收带宽极窄,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,该系统由光学天线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.空间激光通信系统进展[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)。
相干光通信系统也有不足之处,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系统能解决上述不足。
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系统。本系统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系统,其特征在于,该系统是由起偏片1、望远系统2、分光棱镜3、哈特曼-夏克波前传感器4、计算机系统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、望远系统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,输出端与计算机系统5相连;波前控制器6一端与计算机系统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,由望远系统(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系统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从计算机系统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。
整个系统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系统示意框图。
图2是基于波前校正的相干激光通信系统示意框图。
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系统,其特征在于,该系统是由起偏片1、望远系统2、分光棱镜3、哈特曼-夏克波前传感器4、计算机系统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、望远系统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,输出端与计算机系统5相连;波前控制器6一端与计算机系统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,由望远系统(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系统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从计算机系统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。
整个系统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系统,其特征在于,该系统是由起偏片(1)、望远系统(2)、分光棱镜(3)、哈特曼-夏克波前传感器(4)、计算机系统(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)、望远系统(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,输出端与计算机系统(5)相连;波前控制器(6)一端与计算机系统(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,由望远系统(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系统(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)从计算机系统(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)。
整个系统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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