CN103997374B - 单纤维激光通信终端设计 - Google Patents

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Abstract

本申请公开用于单纤维激光通信（lasercom）终端的方法、系统和设备。该设备包括产生具有第一波长的第一信号的振荡器；和调制第一信号的调制器。所述设备还包括：循环第一信号的循环器；以及放大第一信号的双向光放大器（optical amp）。另外，该设备包括光纤，其嵌入在插芯中，并且插芯的端部涂覆有反射涂层。另外，设备包括至少一个透镜，其中，通过光纤和至少一个透镜发送和接收第一信号。另外，该设备包括检测第一信号的获取检测器。此外，该设备包括与插芯关联的致动器，以根据来自获取检测器的关于第一信号的反馈来章动和平移插芯。

Description

单纤维激光通信终端设计
技术领域
本公开涉及激光通信（lasercom）终端。具体地，其涉及单纤维激光通信终端。
发明内容
本公开涉及用于单纤维激光通信（lasercom）终端的系统、方法和设备。具体地，所公开的用于单纤维（即，单根光纤）激光通信终端的方法涉及利用振荡器产生具有第一波长（λ1）的第一信号。该方法还涉及利用调制器调制第一信号。并且，该方法涉及利用循环器循环第一信号。另外，该方法涉及利用双向光放大器（光放大器）放大第一信号。另外，该方法涉及通过光纤发送第一信号。在一个或者更多个实施方式中，光纤嵌入在插芯中，并且插芯的端部涂覆有反射涂层。另外，该方法涉及通过至少一个透镜发送第一信号。另外，该方法涉及通过至少一个透镜和光纤接收第一信号。并且，该方法涉及利用双向光放大器放大第一信号。另外，该方法涉及利用循环器循环第一信号。另外，该方法涉及利用获取检测器检测第一信号。此外，该方法涉及利用与插芯关联的致动器根据来自获取检测器的关于第一信号的反馈来章动（nutating）和平移插芯。
在一个或者更多个实施方式中，该方法还涉及通过至少一个透镜和光纤接收具有第二波长（λ2）的第二信号。另外，该方法还涉及利用双向光放大器放大第二信号。并且，该方法还涉及利用循环器循环第二信号。另外，该方法还涉及利用波分复用器（WDM）将第三信号（包括第一信号和第二信号）分离到第一信号和第二信号中。另外，该方法涉及利用通信检测器检测第二信号。
在至少一个实施方式中，该方法还涉及反射第一信号和/或第二信号离开与至少一个透镜关联的至少一个反射镜。在一些实施方式中，反射镜中的至少一个能够被万向转向。
在一个或者更多个实施方式中，致动器是压电致动器。在至少一个实施方式中，在插芯的端部的反射涂层是猫眼反射器。在一些实施方式中，通过时分多址（TDMA）和/或相关检测来实现由获取单元对第一信号的检测。在一个或者更多个实施方式中，光纤和/或插芯成锥形以使得向后反射最小化。
在至少一个实施方式中，单纤维激光通信终端设备包括产生具有第一波长（λ1）的第一信号的振荡器。在一个或者更多个实施方式中，该设备还包括调制第一信号的调制器。另外，该设备包括循环第一信号的循环器。另外，该设备包括放大第一信号的双向光放大器。另外，该设备包括光纤。其中，光纤嵌入在插芯中，并且插芯的端部涂覆有反射涂层。另外，该设备包括至少一个透镜。在至少一个实施方式中，通过光纤和至少一个透镜发送和接收第一信号。另外，该设备包括检测第一信号的获取检测器。此外，该设备包括与插芯关联的致动器，以根据来自获取检测器的关于第一信号的反馈来章动(nutate)和平移插芯。
在一个或者更多个实施方式中，设备的双向光放大器还放大通过光纤和至少一个透镜接收的具有第二波长（λ2）的第二信号。在至少一个实施方式中，设备的循环器还循环第二信号。在一些实施方式中，该设备还包括WDM，以将第三信号（包括第一信号和第二信号）分离到第一信号和第二信号中。另外，设备还包括检测第二信号的通信检测器。
在至少一个实施方式中，该设备还包括与至少一个透镜关联的至少一个反射镜，以反射第一信号和/或第二信号。在一个或者更多个实施方式中，反射镜中的至少一个能够被万向转向。在一些实施方式中，获取检测器通过TDMA和/或相关检测来检测第一信号。
在一个或者更多个实施方式中，用于操作单纤维激光通信终端系统的方法涉及利用与第一终端关联的振荡器产生具有第一波长（λ1）的第一信号。该方法还涉及利用与第一终端关联的调制器调制第一信号。并且，该方法涉及利用与第一终端关联的循环器循环第一信号。另外，该方法涉及利用与第一终端关联的双向光放大器放大第一信号。另外，该方法涉及通过与第一终端关联的光纤发送第一信号。在一个或者更多个实施方式中，光纤嵌入在插芯中，并且插芯的端部涂覆有反射涂层。另外，该方法涉及通过与第一终端关联的至少一个透镜发送第一信号。另外，该方法涉及由与第二终端关联的反射表面反射第一信号。并且，该方法涉及由第一终端通过与第一终端关联的至少一个透镜和与第一终端关联的光纤接收经反射的第一信号。另外，该方法涉及利用与第一终端关联的双向光放大器放大经反射的第一信号。另外，该方法涉及利用与第一终端关联的循环器循环经反射的第一信号。并且，该方法涉及利用与第一终端关联的获取检测器来检测经反射的第一信号。该方法还涉及利用与第一终端的插芯关联的致动器根据来自获取检测器的关于经反射的第一信号的反馈来章动和平移第一终端的插芯。
在至少一个实施方式中，该方法还涉及由第一终端通过与第一终端关联的至少一个透镜和与第一终端关联的光纤从第二终端接收第二信号，其中第二信号具有第二波长（λ2）。另外，该方法还涉及利用与第一终端关联的双向光放大器放大第二信号。另外，该方法还涉及利用与第一终端关联的循环器循环第二信号。并且，该方法还涉及利用与第一终端关联的WDM将第三信号（包括第一信号和第二信号）分离到第一信号和第二信号中。另外，该方法还涉及利用与第一终端关联的通信检测器检测第二信号。
在一个或者更多个实施方式中，该方法还涉及反射第一信号和/或第二信号离开与至少一个透镜关联的至少一个反射镜，该至少一个透镜与第一终端关联。在至少一个实施方式中，第一终端的反射镜中的至少一个能够万向转向。在一些实施方式中，与第二终端关联的反射表面是猫眼反射器。
在至少一个实施方式中，用于单纤维激光通信终端的系统包括振荡器，其与第一终端关联以产生具有第一波长（λ1）的第一信号。该系统还包括与第一终端关联的调制器以调制第一信号。另外，该系统包括与第一终端关联的循环器以循环第一信号。并且，该系统包括与第一终端关联的双向光放大器，以放大第一信号。另外，该系统包括与第一终端关联的光纤，其中光纤嵌入在插芯中，并且插芯的端部涂覆有反射涂层。并且，系统包括与第一终端关联的至少一个透镜。在一个或者更多个实施方式中，第一信号通过与第一终端关联的光纤和与第一终端关联的至少一个透镜发送和接收。另外，该系统包括与第二终端关联的反射表面，以反射第一信号。另外，该系统包括与第一终端关联的获取检测器，以检测经反射的第一信号。此外，该系统包括与第一终端的插芯关联的致动器，以根据来自获取检测器的关于经反射的第一信号的反馈来章动和平移第一终端的插芯。
在一个或者更多个实施方式中，与第一终端关联的双向光放大器还放大通过与第一终端关联的光纤和与第一终端关联的至少一个透镜接收的来自第二终端并且具有第二波长（λ2）的第二信号。在一些实施方式中，与第一终端关联的循环器还循环第二信号。在至少一个实施方式中，该系统还包括与第一终端关联的WDM，以将第三信号（包括第一信号和第二信号）分离到第一信号和第二信号中。另外，该系统还包括与第一终端关联的通信检测器以检测第二信号。
在至少一个实施方式中，该系统还包括与第一终端的至少一个透镜关联的至少一个反射镜，以反射第一信号和/或第二信号。在一些实施方式中，第一终端的反射镜中的至少一个能够万向转向。
在一个或者更多个实施方式中，在第一终端的插芯的端部的反射涂层是猫眼反射器。在一些实施方式中，与第一终端关联的获取检测器通过TDMA和/相关检测来检测经反射的第一信号。在至少一个实施方式中，与第二终端关联的反射表面是猫眼反射器。
此外，本公开包括根据以下实例的实施方式。
实例1、一种用于单纤维激光通信（lasercom）终端的方法，所述方法包括：
利用振荡器产生具有第一波长的第一信号；
利用调制器调制所述第一信号；
利用循环器循环所述第一信号；
利用双向光放大器（光放大器）放大所述第一信号；
通过光纤发送所述第一信号，其中，所述光纤嵌入在插芯中，并且所述插芯的端部涂覆有反射涂层；
通过至少一个透镜发送所述第一信号；
通过所述至少一个透镜和所述光纤接收所述第一信号。
利用双向光放大器放大所述第一信号；
利用所述循环器循环所述第一信号；
利用获取检测器检测所述第一信号；以及
利用与所述插芯关联的致动器根据来自所述获取检测器的关于所述第一信号的反馈来章动和平移所述插芯。
实例2、根据实例1所述的方法，所述方法还包括：
通过所述至少一个透镜和所述光纤接收具有第二波长的第二信号；
利用所述双向光放大器放大所述第二信号；
利用循环器循环所述第二信号；
利用波分复用器（WDM）将包括第一信号和第二信号的第三信号分离到第一信号和第二信号中；以及
利用通信检测器检测所述第二信号。
实例3、根据实例2所述的方法，其中，该方法还包括反射所述第一信号和所述第二信号中的至少一个离开与所述至少一个透镜关联的至少一个反射镜。
实例4、根据实例3所述的方法，其中，所述至少一个反射镜中的至少一个能够被万向转向。
实例5、根据实例1所述的方法，其中，所述致动器是压电致动器。
实例6、根据实例1所述的方法，其中，在插芯的端部的反射涂层是猫眼反射器。
实例7、根据实例1所述的方法，其中，通过时分多址（TDMA）和相关检测中的至少一个来实现由所述获取检测器对第一信号的检测。
实例8、根据实例1所述的方法，其中，所述光纤和所述插芯中的至少一个成锥形以使得向后反射最小化。
实例9、一种单纤维激光通信（lasercom）终端设备，所述设备包括：
振荡器，其产生具有第一波长的第一信号；
调制器，其调制所述第一信号；
循环器，其循环所述第一信号；
双向光放大器（optical amp），其放大所述第一信号；
光纤；其中，光纤嵌入在插芯中，并且插芯的端部涂覆有反射涂层；
至少一个透镜，其中，通过所述光纤和所述至少一个透镜发送和接收所述第一信号；
获取检测器，其检测第一信号；以及
与所述插芯关联的致动器，以根据来自所述获取检测器的关于所述第一信号的反馈来章动和平移所述插芯。
实例10、根据实例9所述的设备，其中，所述设备还包括：
双向光放大器，其还放大通过所述光纤和所述至少一个透镜接收的具有第二波长的第二信号；
所述循环器，其还循环所述第二信号；
波分复用器（WDM），其将包括第一信号和第二信号的第三信号分离到第一信号和第二信号中；以及
通信检测器，其检测第二信号。
实例11、根据实例10所述的设备，其中，该设备还包括与至少一个透镜关联的至少一个反射镜，以反射所述第一信号和所述第二信号中的至少一个。
实例12、根据实例11所述的设备，其中，所述至少一个反射镜中的至少一个能够被万向转向。
实例13、根据实例9所述的设备，其中，所述致动器是压电致动器。
实例14、根据实例9所述的设备，其中，在所述插芯的端部的反射涂层是猫眼反射器。
实例15、根据实例9所述的设备，其中，所述获取检测器借助时分多址（TDMA）和相关检测中的至少一个来检测所述第一信号。
实例16、根据实例9所述的设备，其中，所述光纤和所述插芯中的至少一个成锥形以使得向后反射最小化。
实例17、一种用于操作单纤维激光通信（lasercom）终端系统的方法，所述方法包括：
利用与第一终端关联的振荡器产生具有第一波长的第一信号；
利用与所述第一终端关联的调制器调制所述第一信号；
利用与所述第一终端关联的循环器循环所述第一信号；
利用与所述第一终端关联的双向光放大器（光放大器）放大所述第一信号；
通过与所述第一终端关联的光纤发送所述第一信号，其中，所述光纤嵌入在插芯中，并且所述插芯的端部涂覆有反射涂层；
通过与所述第一终端关联的至少一个透镜发送所述第一信号；
由与第二终端关联的反射表面反射所述第一信号；
由第一终端通过与第一终端关联的所述至少一个透镜和与所述第一终端关联的所述光纤接收经反射的第一信号；
利用与所述第一终端关联的所述双向光放大器放大经反射的第一信号；
利用与所述第一终端关联的所述循环器循环所述经反射的第一信号；
利用与所述第一终端关联的获取检测器来检测所述经反射的第一信号；以及
利用与所述第一终端的所述插芯关联的致动器根据来自所述获取检测器的关于所述经反射的第一信号的反馈来章动和平移所述第一终端的所述插芯。
实例18、根据实例17所述的方法，其中，所述方法还包括：
由第一终端通过与所述第一终端关联的至少一个透镜和与所述第一终端关联的所述光纤从所述第二终端接收第二信号，其中所述第二信号具有第二波长；
利用与所述第一终端关联的所述双向光放大器放大所述第二信号；
利用与所述第一终端关联的所述循环器循环所述第二信号；
利用与所述第一终端关联的波分复用器（WDM）将包括第一信号和第二信号的第三信号分离到所述第一信号和所述第二信号中；以及
利用与所述第一终端关联的所述通信检测器来检测所述第二信号。
实例19、根据实例18所述的方法，其中，该方法还包括反射所述第一信号和所述第二信号中的至少一个离开与所述第一终端关联的所述至少一个透镜关联的至少一个反射镜。
实例20、根据实例19所述的方法，其中，所述至少一个反射镜中的至少一个能够被万向转向。
实例21、根据实例17所述的方法，其中，与所述第一终端关联的所述致动器是压电致动器。
实例22、根据实例17所述的方法，其中，在所述第一终端的插芯的端部上的反射涂层是猫眼反射器。
实例23、根据实例17所述的方法，其中，通过时分多址（TDMA）和相关检测中的至少一个来实现利用获取检测器对所述第一信号的检测。
实例24、根据实例17所述的方法，其中，与所述第二终端关联的反射表面是猫眼反射器。
实例25、根据实例17所述的方法，其中，所述光纤和所述插芯中的至少一个成锥形以使得向后反射最小化。
实例26、一种用于单纤维激光通信（lasercom）终端的系统，所述系统包括：
与第一终端关联的振荡器，其产生具有第一波长的第一信号；
与所述第一终端关联的调制器，其调制所述第一信号；
与所述第一终端关联的循环器，其循环所述第一信号；
与所述第一终端关联的双向光放大器（optical amp），其放大所述第一信号；
与所述第一终端关联的光纤，其中，所述光纤嵌入在插芯中，并且所述插芯的端部涂覆有反射涂层；
与所述第一终端关联的至少一个透镜，其中，所述第一信号通过与所述第一终端关联的所述光纤和与所述第一终端关联的所述至少一个透镜发送和接收；
与第二终端关联的反射表面，其反射所述第一信号；
与所述第一终端关联的获取检测器，其检测所述经反射的第一信号；以及
与所述第一终端的所述插芯关联的致动器，以根据来自所述获取检测器的关于所述经反射的第一信号的反馈来章动和平移所述第一终端的所述插芯。
实例27、根据实例26所述的系统，其中，该系统还包括：
与所述第一终端关联的双向光放大器，其还放大通过与所述第一终端关联的所述光纤和与所述第一终端关联的所述至少一个透镜接收的来自所述第二终端并且具有第二波长的第二信号；
与所述第一终端关联的循环器，其还循环所述第二信号；
与所述第一终端关联的波分复用器（WDM），其将包括所述第一信号和所述第二信号的第三信号分离到所述第一信号和所述第二信号中；以及
与所述第一终端关联的通信检测器，其检测所述第二信号；
实例28、根据实例27所述的系统，其中，所述系统还包括与所述第一终端的至少一个透镜关联的至少一个反射镜，以反射所述第一信号和所述第二信号中的至少一个。
实例29、根据实例28所述的系统，其中，所述至少一个反射镜中的至少一个能够被万向转向。
实例30、根据实例26所述的系统，其中，所述致动器是压电致动器。
实例31、根据实例26所述的系统，其中，在所述第一终端的所述插芯的所述端部上的反射涂层是猫眼反射器。
实例32、根据实例26所述的系统，其中，与所述第一终端关联的所述获取检测器，通过时分多址（TDMA）和相关检测中的至少一个来检测所述经反射的第一信号。
实例33、根据实例26所述的系统，其中，与所述第二终端关联的所述反射表面是猫眼反射器。
实例34、根据实例26所述的系统，其中，所述光纤和所述插芯中的至少一个成锥形以使得向后反射最小化。
特征、功能和优点在本发明的各种实施方式中可以独立地实现或者可以在其它实施方式中组合。
附图说明
参照以下描述、所附的权利要求和附图，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中：
图1示出根据本公开的至少一个实施方式的单纤维（即，单个光纤）激光通信（lasercom）终端的示意图。
图2示出根据本发明的至少一个实施方式的将要与图1的单纤维激光通信终端结合使用的第二单纤维激光通信终端的示意图。
图3示出根据本发明的至少一个实施方式的图1的单纤维激光通信终端的环绕光纤的插芯和透镜的图。
图4示出根据本发明的至少一个实施方式的结合图2的终端的图1的终端的操作的方法的流程图；。图5A示出根据本公开的至少一个实施方式描绘的第一技术的曲线图，其用于基于时分多址（TDMA）来隔离经发送和经反射的第一信号。
图5B示出根据本公开的至少一个实施方式描绘的第二技术的曲线图，其用于基于TDMA来隔离经发送和经反射的第一信号。
图5C示出根据本公开的至少一个实施方式描绘的第三技术的曲线图，其用于基于相关检测来隔离经发送和经反射的第一信号。
图6示出根据本公开的至少一个实施方式的利用图5C的隔离技术的单纤维激光通信终端的示意图。
图7示出根据本发明的至少一个实施方式的图1的终端的获取、跟踪图2的终端和与图2的终端通信的操作的方法的流程图；
图8示出根据本发明的至少一个实施方式的说明所公开的单纤维激光通信终端设计相比于传统激光通信终端设计的优点的图。
具体实施方式
此处公开的方法和设备提供用于单纤维（即，单个光纤）激光通信（lasercom）终端的有效系统。所公开的系统采用简单和有效的单纤维激光通信终端。单纤维激光通信终端设计在不牺牲灵敏度的情况下使需要的硬件的量最小化。具体地，单光纤用于所有信号，其包括但不限于：发送信标信号、发送通信信号、接收获取信号和接收通信信号。
单纤维激光通信终端的单纤维设计是通过使用在传统激光通信终端中不普遍的若干特征来启用的。具体地，这些特征包括但不限于，猫眼反射器用于辅助获取；独特的纤维插芯被设计用于将反射器尽量靠近纤芯并且使纤维发送信号的后反射最小化；用于单个波长的发送/接收隔离的专门获取脉冲码；以及双向光放大器（optical amp）用于为全部信号路径提供放大。这些特征使得光学头简化成在聚焦元件（例如，透镜或者反射式望远镜）的后焦平面处的单个致动纤维，因而使得单纤维激光通信终端容易集成到具有低载荷大小、重量和功率（SWaP）能力的平台上。应注意的是所公开的单纤维激光通信终端设计良好地适用于不要求点提前的短距离应用。
当前的传统激光通信终端要求相对大的接收孔径以及多个内部的小光束空间光学装置。相反，所公开的单纤维激光通信终端设计提供低大小、低重量和低功耗激光通信终端。
在以下描述中，阐述各个细节，以提供系统的更透彻描述。然而，所公开的系统可以在没有这些特定细节的情况下实施对于本领域技术人员而言是很明显的。在其它示例中，没有详细描述公知特征以免不必要地模糊该系统。
图1示出根据本公开的至少一个实施方式的单纤维（即，单个光纤）激光通信（lasercom）终端100的示意图。图2示出根据本发明的至少一个实施方式的将要与图1的单纤维激光纤通信终端100（即第一终端）结合使用的第二单纤维激光通信终端200的示意图。应注意的是图2的第二终端的设计与图1的第一终端100的设计相同，除了第一终端100的主振荡器110产生具有第一波长（λ1）的第一信号，并且第二终端200的主振荡器210产生具有第二波长（λ2）的第二信号；第一终端100的获取检测器195检测具有第一波长（λ1）的第一信号，并且第二终端200的获取检测器295检测具有第二波长（λ2）的第二信号；并且第一终端100的通信检测器197检测具有第二波长（λ2）的第二信号，并且第二终端200的通信检测器297检测具有第一波长（λ1）的第一信号。因此，接下来遵循第一终端100的调制器120和第二终端200的调制器220是相同的，第一终端100的循环器130和第二终端200的循环器230是相同的，第一终端100的双向光放大器（optical amp）140和第二终端200的双向光放大器（optical amp）240是相同的，第一终端100的波分复用器（WDM）190和第二终端200的波分复用器（WDM）290是相同的，第一终端100的插芯150和第二终端200的插芯250是相同的，第一终端100的透镜170和第二终端200的透镜270是相同的，第一终端100的万向转动反射镜180和第二终端200的万向转动反射镜280是相同的，并且第一终端100的压电致动器152和第二终端200的压电致动器252是相同的。另外，应理解的是图1的终端100和图2的终端均包括滤波器（图1和图2未示出）以滤波接收的信号（即第一信号和第二信号），并且滤波器位于检测器（即，通信检测器197、297和获取检测器195、295）之前。图3根据本发明的至少一个实施方式示出的图1的单纤维激光通信终端100的环绕光纤160的插芯150和透镜170的图。
为了更好地理解与图2的第二终端结合使用的图1的第一终端100的操作，图1、图2和图3将相对于彼此结合介绍。参照图1，主振荡器110示出为产生具有第一波长（λ1）的第一信号。接着使用调制器120来调制第一信号。在调制第一信号之后，循环器130循环第一信号到双向光放大器140。双向光放大器140接着放大第一信号。一旦双向光放大器140放大第一信号，第一信号通过环绕光纤160的插芯150。
参照图3，应注意的是第一终端100的插芯由光吸收玻璃（或者可替代地由其它材料）制成，并且插芯150直径大约大于或者等于（≥）一（1）毫米（mm）。还应注意的是环绕光纤160的插芯150的输入/输出端部涂覆有高反射涂层155，其创建猫眼反射器。另外，应注意的是光纤160的输入/输出顶端涂覆有防反射涂层153。应注意的是纤维和插芯可以成锥形以使得所发送的信号由反射涂层155造成的的后反射最小化。另外，应注意的是透镜170直径大约≥1英寸，并且位于离纤维大约一个焦距处。类似地，参照图2，第二终端200的插芯由光吸收玻璃（或者，可替代地，由其它材料）制成；插芯250直径大约≥1mm；环绕光纤260的插芯250的输入/输出端部涂覆有高反射涂层255，其创建猫眼反射器；光纤260的输入/输出顶端涂覆有防反射涂层253；纤维和插芯可以成锥形以使得所发送的信号由反射涂层255造成的的后反射最小化；并且透镜270直径大约≥1英寸，并且位于离纤维大约一个焦距处。
一起参照图1、图2和图3，在第一信号经过环绕第一终端100的光纤160的插芯150之后，第一信号接着传播通过第一终端100的透镜170，反射离开第一终端100的万向转动反射镜180，并且向第二终端200发送。应注意的是在其它实施方式中，第一终端100和/或第二终端200可以采用多于一个透镜170、270。还应注意的是第一终端100和/或第二终端200的反射镜180、280可以或者可以不被制造成具有全向转动能力。另外，应注意的是，第一终端100和/或第二终端200可以采用多于一个反射镜180、280。
在从第一终端100向第二终端200发送第一信号之后，第一信号反射离开在环绕第二终端200的光纤260的插芯250的端部上的反射涂层255。在第一信号反射离开第二终端200的反射涂层255之后，第一信号被反射回第一终端100。第一信号接着被反射离开第一终端的全向转动反射镜180，并且传播通过第一终端100的透镜170和光纤160。
参照图2，可选地（即，对于其中第一终端100不仅是发送通信系统而是发送和接收通信系统的实施方式），第二终端200的主振荡器210产生具有第二波长（λ2）的第二信号，例如第二信号XXX。接着使用调制器220来调制第二信号。在调制第二信号之后，第二循环器230循环第二信号到第二双向光放大器240。第二双向光放大器240接着放大第二信号。在由双向光放大器240放大第二信号之后，第二信号通过环绕第二光纤260的第二插芯250。第二信号接着传播通过第二终端200的第二透镜270，反射离开第二终端200的第二反射镜280，并且向第一终端100发送。返回参照图1，第二信号接着被反射离开第一终端100的全向转动反射镜180，并且传播通过第一终端100的透镜170和光纤160。
接着，第一终端100的双向光放大器140放大第三信号，其包括经反射的第一信号和/或第二信号。在第三信号被放大之后，循环器130循环经放大的第三信号到波分复用器（WDM）190。WDM190接着将第三信号分离为第一经反射的信号和/或第二信号。在第三信号被分离为第一经反射的信号和第二信号之后，获取检测器195检测第一经反射的信号，并且通信检测器197检测第二信号。与插芯150关联的压电致动器152使插芯150章动以产生跟踪信号并且根据来自获取检测器195的关于经反射的第一信号的反馈使插芯150平移到适当对准位置。应注意的是在其它实施方式中，插芯150可以通过不同于压电致动器152的装置来章动和/或平移。
图4示出根据本发明的至少一个实施方式的结合图2的第二终端200的图1的第一终端100的操作的方法400的流程图；在方法400的开始（步骤405），与第一终端相关联的振荡器产生具有第一波长（λ1）的第一信号（步骤410）。与第一终端关联的调制器接着调制第一信号（步骤415）。在调制第一信号之后，与第一终端关联的循环器循环第一信号（步骤420）。接着，与第一终端关联的双向光放大器放大第一信号（步骤425）。在放大第一信号之后，第一信号通过与第一终端关联的光纤以及通过与第一终端关联的至少一个透镜发送（步骤430）。第一信号接着由第二终端的反射表面反射（步骤435）。接着，经反射的第一信号和从第二终端发送的并且具有第二波长（λ2）的第二信号通过与第一终端关联的至少一个透镜和第一终端的光纤接收（步骤440）。
在第一终端接收到经反射的第一信号和第二信号之后，与第一终端关联的双向光放大器放大经反射的第一信号和第二信号（步骤445）。在放大经反射的第一信号和第二信号之后，与第一终端关联的循环器循环经反射的第一信号和第二信号（步骤450）。接着，与第一终端关联的波分复用器（WDM）将第三信号（其包括第一信号和第二信号）分离到经反射的第一信号和/或第二信号中（步骤455）。在分离经反射的第一信号和第二信号之后，与第一终端关联的获取检测器检测经反射的第一信号（步骤460）。接着，与第一终端关联的致动器根据来自第一终端的获取检测器的关于经反射的第一信号的反馈来章动和平移环绕第一终端的光纤的插芯（步骤465）。与第一终端关联的通信检测器接着检测第二信号（步骤470）。接着，方法400结束（步骤475）。
应注意的是对于所公开的单纤维激光通信终端设计，必须将发送的（TX）获取信号（例如，从图1的第一终端100发送的具有第一波长（λ1）的第一信号）与接收的（RX）获取信号（例如，具有第一波长（λ1）的经反射的第一信号，其为反射离开图2的第二终端200的第一信号）隔离。存在可以采用来进行隔离的各种技术。图5A、图5B和图5C例示了三个示例技术。
图5A示出根据本公开的至少一个实施方式描述的基于时分多址（TDMA）用于隔离经发送和经反射的第一信号的第一技术的图500。在这个图中，以特定时间间隔发送了发送获取信号（Tx1、Tx2）的脉冲列510，使得接收获取信号（Rx1、Rx2）的返回脉冲520将到达在发送脉冲510之间的大约中途。对于这个技术，第一终端和第二终端之间的期望范围（即，距离）将需要是已知的或者以约25%的准确率导出。然而，应注意的是对于终端之间的10到100千米（km）的范围距离，脉冲率将是大约从0.7到7千脉冲每秒（kpps），对于传统的光放大器来说，其将是不期望的低。
图5B示出根据本公开的至少一个实施方式描述的基于TDMA用于隔离经发送和经反射的第一信号的第二技术的图530。在这个图中，增加了发送获取信号（Tx1、Tx2）的脉冲列540的速率，使得多个发送脉冲540保持在发送中。这个技术要求更准确地知道终端之间的范围以将接收获取信号（Rx1、Rx2）的返回脉冲550保持在发送脉冲540之间。当使用这个技术时，为了实现0.5兆脉冲每秒（Mpps）的脉冲率，终端之间的范围将需要以75米内的准确性已知（或者导出）。
图5C示出根据本公开的至少一个实施方式描绘的基于相关检测用于隔离经发送和经反射的第一信号的第三技术的图560。在这个附图中，发送脉冲码字（Tx字1,Tx字2）570，并且接收返回码字（Rx字1、Rx字2）580。使用相关解码器来对返回脉冲590解码。对于这个技术，终端之间的范围仅仅需要以1.1km以内的准确性已知（或者导出），以利用31比特码字长度实现1Mbps的开关键控（OOK）码。应注意的是可以采用各种相关（correlation）技术，包括但不限于自相关、匹配滤波器、开尔曼滤波器和假设检验。
图6示出根据本公开的至少一个实施方式的利用图5C的隔离技术的单纤维激光通信终端示意图600。应注意的是图6的终端600的设计与图1的第一终端100的设计相同，除了图6的终端600包括附加部件，附加部件包括但不限于，两个相关解码器610、620，两个附加获取检测器630、640，两个章动跟踪单元650、660，发送消隐单元670，和通信解调器680。相关解码器620、610分别用于对接收的经反射的第一信号和第二信号解码。发送消隐单元670用于从经反射的第一信号去除具有第一波长（λ1）的发送脉冲。获取检测器640、630分别用于检测来自经反射的第一信号和第二信号的接收脉冲。章动跟踪单元660、650分别用于向压电致动器152提供关于第一经反射的信号和第二信号的反馈。通信解调器680用于解调检测的第二信号。
图7示出根据本发明的至少一个实施方式的图1的终端100的获取、跟踪图2的终端200和与图2的终端200通信的操作的方法700的流程图；在方法700的开始（步骤710），第一终端发送具有第一波长（λ1）的第一信号（步骤720）。接着，第一终端移动其万向节（例如，全向转动其反射镜）来扫描包含第二终端的可能角的范围（步骤730）。当第一信号照射到第二终端时，反射离开第二猫眼反射器（即，第二终端上的猫眼反射器）的第一信号聚焦到第一纤维（即，第一终端的纤维）中，并且由第一获取检测器（即，第一终端的获取检测器）检测（步骤740）。接着，第一终端使用由第一纤维章动引起的第一信号的调制而创建的误差信号，以调整第一纤维的平移以跟踪第二终端（步骤750）。第二终端接着发送具有第二波长（λ2）的第二信号并且与第一终端并行地遵循这个方法的全部步骤（即步骤720-780）（步骤760）。当第一终端检测第二终端的波长（即，第二波长）时，第一终端切换以离开跟踪由第一纤维章动引起的第二信号的调制而产生的误差信号（步骤770）。第一终端接着将第一信号的调制从获取波形（即，图5的波形）切换到通信波形（即，用于向第二终端中的通信检测器发送数据的波形）（步骤780）。接着，方法700结束（步骤790）。
图8示出根据本发明的至少一个实施方式例示的所公开的单纤维激光通信终端设计相比于传统激光通信终端设计的优点的图表800。具体地，该图表800示出所公开的单纤维激光通信终端设计的多个特征相比于传统激光通信终端设计的特征的优点。一个优点涉及孔径大小的特征。对于这个特征，所公开的单纤维设计具有仅1.0英寸的孔径大小，而可比的传统终端设计具有3.5英寸的孔径大小。第二个优点涉及光学头尺寸的特征。对于这个特征，所公开的单纤维设计具有仅3英寸×4英寸×7英寸的光学头尺寸，而可比的传统终端设计具有13.5英寸×13.5英寸×24.0英寸的光学头尺寸。第三个优点涉及质量的特征（即，针对光学装置和电子装置的质量）。对此特征，所公开的单纤维设计针对光学装置具有仅5磅（lb）的质量且针对电子装置具有54磅的质量，而可比的传统终端设计针对光学装置具有50磅（lb）的质量且针对电子装置具有54磅的质量。第四个优点涉及发送（Tx）功率的特征。对于这个特征，所公开的单纤维设计具有250毫瓦（mW）的发送功率，而可比的传统终端设计具有500mW的发送功率。第五个优点涉及功耗的特征。对于这个特征，所公开的单纤维设计仅消耗60瓦（W）的功率，而可比的传统终端设计消耗82W的功率。
尽管此处公开了特定示例性实施方式和方法，但是对本领域技术人员明显的是，在不背离所公开的精神和范围的情况下，由以上公开可以进行这些实施方式和方法的变化和修改。存在所公开的技术的很多其它示例，每个示例仅在细节上不同于其它示例。因此，所公开的技术旨在仅仅由所附的权利要求要求的范围以及适用的法律的规则和原理限制。

Claims (15)

1.一种用于单纤维激光通信终端即单纤维lasercom终端(100、200、600)的方法，所述方法包括：
利用振荡器(110)产生具有第一波长的第一信号；
利用调制器(120)调制所述第一信号；
利用循环器(130)循环所述第一信号；
利用双向光放大器即双向optical amp(140)放大所述第一信号；
通过光纤(160)发送所述第一信号，其中，所述光纤(160)嵌入在插芯(150)中，并且所述插芯(150)的端部涂覆有反射涂层(155)；
通过至少一个透镜(170)发送所述第一信号；
通过所述至少一个透镜(170)和所述光纤(160)接收所述第一信号；
利用所述双向optical amp(140)放大所述第一信号；
利用所述循环器(130)循环所述第一信号；
利用获取检测器(195)检测所述第一信号；以及
利用与所述插芯(150)关联的致动器(152)根据来自所述获取检测器(195、630、640)的关于所述第一信号的反馈来章动和平移所述插芯(150)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
通过所述至少一个透镜(170)和所述光纤(160)接收具有第二波长的第二信号；
利用双向optical amp(240)放大所述第二信号；
利用所述循环器(230)循环所述第二信号；
利用波分复用器即WDM(290)将包括所述第一信号和所述第二信号的第三信号分离为所述第一信号和所述第二信号；以及
利用通信检测器(197)检测所述第二信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括使所述第一信号和所述第二信号中的至少一个反射离开与所述至少一个透镜(170、270)关联的至少一个反射镜(180、280)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个反射镜(180、280)中的至少一个能够万向转向。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中，
通过时分多址即TDMA和相关检测中的至少一个来实现由所述获取检测器(195)对所述第一信号的所述检测。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述插芯(150、250)的所述端部上的所述反射涂层(155、255)是猫眼反射器。
7.一种用于单纤维激光通信终端即单纤维lasercom终端(100、200、600)的系统，所述系统包括：
与第一终端(100、600)关联的振荡器(110)，用于产生具有第一波长的第一信号；
与所述第一终端(100、600)关联的调制器(120)，用于调制所述第一信号；
与所述第一终端(100、600)关联的循环器(130)，用于循环所述第一信号；
与所述第一终端(100)关联的双向光放大器即双向optical amp(140)，用于放大所述第一信号；
与所述第一终端(100、600)关联的光纤(160)，其中，所述光纤(160)嵌入在插芯(150)中，并且所述插芯(150)的端部涂覆有反射涂层(155)；
与所述第一终端(100、600)关联的至少一个透镜(170、270)，其中，所述第一信号通过与所述第一终端(100、600)关联的光纤(160)和与所述第一终端(100、600)关联的所述至少一个透镜(170、270)发送和接收；
与第二终端(200)关联的反射表面(280)，用于反射所述第一信号；
与所述第一终端(100、600)关联的获取检测器(195、630、640)，用于检测经反射的第一信号；以及
与所述第一终端(100、600)的所述插芯(150)关联的致动器(152)，用于根据来自所述获取检测器(195、630、640)的关于经反射的第一信号的反馈来章动和平移所述第一终端(100、600)的所述插芯(150)。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，该系统还包括：
第二终端(200)，其具有：
振荡器(210)，用于产生具有第一波长的第二信号；
调制器(220)，用于调制所述第二信号；
循环器(230)，用于循环所述第二信号；
双向光放大器即双向optical amp(240)，用于放大所述第二信号；
光纤(260)，其中，所述光纤(260)嵌入在插芯(250)中，并且所述插芯(250)的端部涂覆有反射涂层(255)；
至少一个透镜(270)，其中，通过所述光纤(260)和所述至少一个透镜(270)发送和接收所述第二信号；
反射表面(280)，
获取检测器(295)，用于检测经反射的第二信号；以及
与所述第二终端(200)的所述插芯关联的致动器(252)，用于根据来自所述获取检测器(295)的关于经反射的第二信号的反馈来章动和平移所述第二终端(200)的所述插芯(250)。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统还包括与所述第一终端(100、600)的所述至少一个透镜(170)关联的至少一个反射镜(180、280)，以反射所述第一信号和所述第二信号中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个反射镜(180、280)中的至少一个能够万向转向。
11.根据权利要求7到10中任一项所述的系统，其中，所述致动器(152、252)是压电致动器。
12.根据权利要求7到10中任一项所述的系统，其中，在所述第一终端(100)的所述插芯(150)的所述端部上的所述反射涂层(155)是猫眼反射器。
13.根据权利要求7到10中任一项所述的系统，其中，与所述第一终端(100、600)关联的所述获取检测器(195)通过时分多址即TDMA和相关检测中的至少一个来检测经反射的第一信号。
14.根据权利要求8到10中任一项所述的系统，其中，与所述第二终端(200)关联的所述反射表面(255)是猫眼反射器。
15.根据权利要求8到10中任一项所述的系统，其中，所述光纤(160、260)和所述插芯(150、250)中的至少一个成锥形以使得向后反射最小化。
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