CN102104430B

CN102104430B - 1550nm波段光束跟踪通信一体化的光探测装置

Info

Publication number: CN102104430B
Application number: CN 201010611263
Authority: CN
Inventors: 韩琦琦; 于思源; 谭立英; 马晶; 俞建杰; 杨玉强; 赵生
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2030-12-29
Also published as: CN102104430A

Abstract

1550nm波段光束跟踪通信一体化的光探测装置，属于空间光通信技术领域。它解决了现有空间光通信系统结构复杂的问题。它的空间光通信系统的接收光束入射至主成像透镜，经主成像透镜聚焦后，入射到2×2透镜阵列，并在2×2透镜阵列上形成光斑，每个透镜上形成的光斑耦合入一个光纤头，每个光纤头将其耦合的光信号输入至一个APD探测器，每个APD探测器将其接收的光信号转换为电压信号输出给信号处理系统，信号处理系统对其同时接收的四个电压信号进行处理，获得空间光通信系统的接收光束光轴在俯仰轴及方位轴上的偏转角；所述四个光纤头的光纤长度相等。本发明用于跟踪空间光通信系统的光入射角度。

Description

1550nm波段光束跟踪通信一体化的光探测装置

技术领域

本发明涉及一种1550nm波段光束跟踪通信一体化的光探测装置，属于空间光通信技术领域。

背景技术

空间光通信系统采用1550nm波段的光束进行通信，它利用成熟的光纤器件实现了高数据率信息传输。由于1550nm波段光束CCD探测器的灵敏度低，像元尺寸大，因此传统的空间光通信系统在使用1550nm波段光束进行信号传输的同时，发射端还需要有800nm波段的激光作为信标光，接收端则需要利用800nm波段光束的CCD探测器对信标光进行跟踪，这造成了系统整体结构复杂，并且功耗大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有空间光通信系统结构复杂的问题，提供一种1550nm波段光束跟踪通信一体化的光探测装置。

本发明由主成像透镜、2×2透镜阵列、四个光纤头、四个APD探测器及信号处理系统组成，

空间光通信系统的接收光束入射至主成像透镜，经主成像透镜聚焦后，入射到2×2透镜阵列，并在2×2透镜阵列上形成光斑，每个透镜上形成的光斑耦合入一个光纤头，每个光纤头将其耦合的光信号输入至一个APD探测器，每个APD探测器将其接收的光信号转换为电压信号输出给信号处理系统，信号处理系统对其同时接收的四个电压信号进行处理，获得空间光通信系统的接收光束光轴在俯仰轴及方位轴上的偏转角；所述四个光纤头的光纤长度相等。

本发明的优点是：本发明基于衍射光学元件实现对1550nm波段信号光进行入射角度的跟踪，它无需再通过800nm波段信标光与CCD探测器的配合使用，装置结构简洁，有效地减小了空间光通信系统的体积、重量及功耗。它能在对信号光进行强度直接探测解调的同时，实现对信号光入射角度的跟踪，角度探测精度＜1μrad，探测频率＞1MHz。

附图说明

图1为本发明的探测原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式由主成像透镜1、2×2透镜阵列2、四个光纤头3、四个APD探测器4及信号处理系统5组成，

空间光通信系统的接收光束入射至主成像透镜1，经主成像透镜1聚焦后，入射到2×2透镜阵列2，并在2×2透镜阵列2上形成光斑，每个透镜上形成的光斑耦合入一个光纤头3，每个光纤头3将其耦合的光信号输入至一个APD探测器4，每个APD探测器4将其接收的光信号转换为电压信号输出给信号处理系统5，信号处理系统5对其同时接收的四个电压信号进行处理，获得空间光通信系统的接收光束光轴在俯仰轴及方位轴上的偏转角；所述四个光纤头3的光纤长度相等。

本实施方式中2×2透镜阵列2将入射的部分光成像于自身的焦平面上，并将其耦合入四个光纤头3，四个光纤头3的光纤长度相等，能够保证光传输信号的同步性。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述信号处理系统5对其接收的电压信号进行处理的方法为：设信号处理系统5接收的四个电压信号值分别为V_A、V_B、V_C和V_D，其中V_A和V_B对应的光斑信号在2×2透镜阵列2的同一行的两个透镜上，V_C和V_D对应的光斑信号在2×2透镜阵列2的另一行的两个透镜上，V_A和V_C对应的光斑信号在2×2透镜阵列2的同一列的两个透镜上，V_B和V_D对应的光斑信号在2×2透镜阵列2的另一列的两个透镜上，

信号处理系统5的通信处理部分将四个电压信号值相加，获得电压和V_SUM，其表达式为：V_SUM＝V_A+V_B+V_C+V_D；

信号处理系统5的光束跟踪处理部分根据电压和V_SUM值计算获得在所述俯仰轴方向上的偏转角α的表达式为：

α = \frac{(V_{A} + V_{B}) - (V_{C} + V_{D})}{V_{SUM}} \cdot μ,

式中μ为所述光探测装置可探测的最大入射光偏角，

信号处理系统5的光束跟踪处理部分根据电压和V_SUM值计算获得在所述方位轴方向上的偏转角β的表达式为：

β = \frac{(V_{A} + V_{C}) - (V_{B} + V_{D})}{V_{SUM}} \cdot μ .

根据上述两个偏转角的公式进行计算，即可以实现对信号光束，即空间光通信系统的接收光束的入射角度进行跟踪，由上述两个偏转角的计算公式可知，当所述空间光通信系统的接收光束正入射至成像透镜1时，两个偏转角均为零。

具体实施方式三：本实施方式为对实施方式二的进一步说明，所述信号处理系统5的通信处理部分将电压和V_SUM与预设定的判决阈值V_th进行比较，当V_SUM＞V_th，进行光电解码输出1码信号，当V_SUM＜V_th，进行光电解码输出0码信号，实现了对空间光通信系统的接收光束的通信。

本实施方式是将装置中输入的0、1码光信号转换为0、1码点信号，进行光电解码，实现通信功能。

本发明中2×2透镜阵列2位于主成像透镜1焦点前。

所述主成像透镜1可以采用80mm口径，焦距为1m的透射式望远镜。

所述2×2透镜阵列2中每个透镜的尺寸可以选择为10mm×10mm，焦距选择为2m。

所述APD探测器4的响应波段可选择为1550nm，数据率选择为2.5Gbps。

Claims

1.一种1550nm波段光束跟踪通信一体化的光探测装置，其特征在于：它由主成像透镜(1)、2×2透镜阵列(2)、四个光纤头(3)、四个APD探测器(4)及信号处理系统(5)组成，

空间光通信系统的接收光束入射至主成像透镜(1)，经主成像透镜(1)聚焦后，入射到2×2透镜阵列(2)，并在2×2透镜阵列(2)上形成光斑，每个透镜上形成的光斑耦合入一个光纤头(3)，每个光纤头(3)将其耦合的光信号输入至一个APD探测器(4)，每个APD探测器(4)将其接收的光信号转换为电压信号输出给信号处理系统(5)，信号处理系统(5)对其同时接收的四个电压信号进行处理，获得空间光通信系统的接收光束光轴在俯仰轴及方位轴上的偏转角；所述四个光纤头(3)的光纤长度相等；

所述信号处理系统(5)对其接收的电压信号进行处理的方法为：设信号处理系统(5)接收的四个电压信号值分别为V_A、V_B、V_C和V_D，其中V_A和V_B对应的光斑信号在2×2透镜阵列(2)的同一行的两个透镜上，V_C和V_D对应的光斑信号在2×2透镜阵列(2)的另一行的两个透镜上，V_A和V_C对应的光斑信号在2×2透镜阵列(2)的同一列的两个透镜上，V_B和V_D对应的光斑信号在2×2透镜阵列(2)的另一列的两个透镜上，

信号处理系统(5)的通信处理部分将四个电压信号值相加，获得电压和V_SUM，其表达式为：V_SUM＝V_A+V_B+V_C+V_D；

信号处理系统(5)的光束跟踪处理部分根据电压和V_SUM值计算获得在所述俯仰轴方向上的偏转角α的表达式为：

α = \frac{(V_{A} + V_{B}) - (V_{C} + V_{D})}{V_{SUM}} \cdot μ,

式中μ为所述光探测装置可探测的最大入射光偏角，

信号处理系统(5)的光束跟踪处理部分根据电压和V_SUM值计算获得在所述方位轴方向上的偏转角β的表达式为：

β = \frac{(V_{A} + V_{C}) - (V_{B} + V_{D})}{V_{SUM}} \cdot μ .

2.根据权利要求1所述的1550nm波段光束跟踪通信一体化的光探测装置，其特征在于：所述信号处理系统(5)的通信处理部分将电压和V_SUM与预设定的判决阈值V_th进行比较，当V_SUM＞V_th，进行光电解码输出1码信号，当V_SUM＜V_th，进行光电解码输出0码信号，实现了对空间光通信系统的接收光束的通信。