CN104993367B - 无线激光通信ppm调制器及其多光源序列合成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线激光通信PPM调制器，包括依次连接的数字接口、环形状态分配器、若干驱动器，每个驱动器均连接一个激光器，每个激光器均连接一个偏振控制器，所有偏振控制器均连接至一个耦合器，耦合器与光学天线连接。本发明还公开了基于无线激光通信PPM调制器的多光源序列合成的方法。本发明无线激光通信PPM调制器采用多激光器分时发光，不受种子光源脉冲重复速率低的限制；本发明无线激光通信PPM调制器中耦合装置简单，激光器安装方式灵活。

Description

无线激光通信PPM调制器及其多光源序列合成的方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种无线激光通信PPM调制器，本发明还涉及基于上述无线激光通信PPM调制器的多光源序列合成的方法。
背景技术
无线激光通信依靠光在空间中的传播来传递信息，是一种不依赖光纤、无需频率许可的通信方式，它相较与光纤通信与微波通信具有灵活性优势。涉及具体的通信方式，可以使用连续波或脉冲激光器作为调制光源，连续波调制速率高但是功率小，对调制系统的线性度有很高的要求；脉冲调制功率大传输距离远，但脉冲重复速率低。
PPM是空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space DataSystems，CCSDS)推荐的无线光通信调制方式之一，现有无线光脉冲调制系统往往采用单激光器(或种子光源)光源，随着通信距离的增长，需要实现大功率光发射。主振荡功率放大(Master Oscillator Power-Amplifier，MOPA)等技术应用于激光发射器系统，但是系统速率仍受制于种子光源的脉冲重复速率。现有的光束合成技术对多激光器阵列的空间分布、耦合装置的参数有严格要求，这增加了系统复杂度的同时也提高了成本，这些不利因素都阻碍了大功率高速率光脉冲调制器的应用。
本装置使用脉冲位置调制(Pulse Position Modulation，PPM)，传统的光脉冲调制系统结构图如图1所示，系统由数字接口、驱动器、激光器和光学天线组成。该系统存在以下不足：单个脉冲激光器发光功率和脉冲重复频率存在制约关系，当通信系统传输距离很长时需要发光功率很大(>30dBm)，此时激光器的脉冲重复频率很低(<10MHz)，单激光器系统的功率和通信速率相互制约。
因此，本发明希望创造一种激光调制装置能够使用单天线发射同时提高发射功率和通信速率。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线激光通信PPM调制器，解决了传统PPM调制装置单激光器系统的发射功率与通信速率相互制约的问题。
本发明的另一目的是提供基于上述无线激光通信PPM调制器的多光源序列合成的方法。
本发明所采用的第一种技术方案是，无线激光通信PPM调制器，包括依次连接的数字接口、环形分配器、若干驱动器，每个驱动器均连接一个激光器，每个激光器均连接一个偏振控制器，所有偏振控制器均连接至一个耦合器，耦合器与光学天线连接。
本发明的第一种技术方案的特点还在于：
驱动器、激光器、偏振控制器数量相等，均为2n个。
驱动器包括相互连接的功率放大模块和功率控制模块，功率放大模块与环形分配器连接，功率控制模块与激光器连接；驱动器还包括偏振控制模块，偏振控制模块与偏振控制器连接。
本发明的所采用的第二种技术方案是：无线激光通信PPM调制器的多光源序列合成的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、数字接口将需要传递的信息转换为PPM调制信号，以电脉冲序列的形式送入环形分配器；
步骤2、环形分配器将接收到的电脉冲序列转换为若干路分时的电脉冲信号，若干路分时的电脉冲信号分别分配给各个驱动器；
步骤3、各个驱动器接收到电脉冲信号后，均对其进行整型、功率放大、电平匹配处理，用处理后的电脉冲信号分别驱动相应激光器发射光脉冲信号；
步骤4、所有激光器产生功率一致的光脉冲信号，然后激光器通过各自的尾纤输出送至相应偏振控制器；
步骤5、激光器的光脉冲信号经过偏振控制器后偏振态保持一致，偏振态一致的光脉冲信号输出至耦合器；
步骤6、耦合器将若干光脉冲信号合成1路光脉冲序列，耦合器通过光学天线将光脉冲序列导入空间中，即完成了多光源脉冲序列合成。
本发明的有益效果是：本发明无线激光通信PPM调制器采用多激光器分时发光，不受种子光源脉冲重复速率低的限制；本发明无线激光通信PPM调制器中耦合装置简单，激光器安装方式灵活。
附图说明
图1是传统光脉冲调制系统结构图；
图2是本发明无线激光通信PPM调制器的结构图；
图3是本发明中单路驱动器与激光器、偏振控制器的连接图；
图4是本发明中工作时序示意图。
图中，1.数字接口，2.数字接口，3.驱动器，3-1.功率放大模块，3-2.功率控制模块，3-3.偏振控制模块，4.激光器，5.偏振控制器，6.耦合器，7.光学天线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
传统的光脉冲调制系统结构图如图1所示，系统由数字接口、驱动器、激光器和光学天线组成。
本发明无线激光通信PPM调制器，结构如图2所示，包括依次连接的数字接口1、环形分配器2、若干驱动器3，每个驱动器3均连接一个激光器4，每个激光器4均连接一个偏振控制器5，所有偏振控制器5均连接至一个耦合器6，耦合器6与光学天线7连接。
其中，驱动器3采用激光驱动器，耦合器6采用光纤耦合器。
其中驱动器3、激光器4、偏振控制器5数量相等，均为2n个，本发明中以16个为例。
其中驱动器3包括相互连接的功率放大模块3-1和功率控制模块3-2，功率放大模块3-1与环形分配器2连接，功率控制模块3-2与激光器4连接；驱动器3还包括偏振控制模块3-3，偏振控制模块3-3与偏振控制器5连接。驱动器3与激光器4、偏振控制器5的连接图如图3所示。
以16个驱动器3、16个激光器4、16个偏振控制器5为例说明本发明无线激光通信PPM调制器的各部分之间的连接关系：数字接口1的输出连接到环形分配器2的输入端，环形分配器2的16个输出端口依次连接16个驱动器3，驱动器3连接对应序号的激光器4，16个激光器4的尾纤输出分别接对应序号的偏振控制器5，16个偏振控制器输出尾纤与耦合器6连接，耦合器6的输出与光学天线7连接。
本发明无线激光通信PPM调制器中各部分的功能为：
数字接口1将需要传递的数字信号转换为PPM调制信号；
环形分配器2将数字接口产生的脉冲序列按指定顺序分配给后级各个驱动器3；
驱动器3包含功率放大模块3-1、功率控制模块3-2、偏振控制模块3-3，驱动器3接收到脉冲信号后，对其进行整型放大等电学处理，驱动与其对应的激光器4；
激光器4按指定序列产生统一功率、统一偏振的光脉冲信号，通过各自的尾纤输出；
偏振控制器5用于控制激光器4输出光脉冲的偏振态；
耦合器6将若干路尾纤合为一路；
光学天线7将耦合器6的输出信号发射到空间中。
本发明无线激光通信PPM调制器的多光源序列合成的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、数字接口1将需要传递的信息转换为用户指定的PPM调制信号，以电脉冲序列的形式送入环形分配器2；
步骤2、环形分配器2将接收到的电脉冲序列转换为16路分时的电脉冲信号，16路分时的电脉冲信号分别分配给对应的驱动器3，如图4所示，按时间排序第一个脉冲送入1#驱动器，第二个脉冲送入序号为2#驱动器，如此反复，直到第16个脉冲送入16#驱动器，第17个脉冲送入1#驱动器，以此方式循环工作；
步骤3、各个驱动器3接收到电脉冲信号后，均对其进行整型、功率放大、电平匹配处理，用处理后的电脉冲信号分别驱动相应激光器4发射光脉冲信号，同时，本发明中的驱动器3中包含的功率控制模块3-2用于同时控制并保持16个激光器4的输出光脉冲信号的功率一致；
步骤4、16个激光器4按照图4中的时序产生功率一致的光脉冲信号，然后激光器4通过各自的尾纤输出送至相应偏振控制器5；
步骤5、驱动器3中的偏振控制模块3-3产生电信号驱动偏振控制器5，如图3所示，偏振控制器5控制光脉冲信号的偏振态，使16路激光器3输出的光脉冲信号的偏振态保持一致，即激光器4的光脉冲信号经过偏振控制器5后偏振态保持一致，偏振态一致的光脉冲信号输出至耦合器6；
步骤6、光纤耦合器6将16路光纤合为1路光纤输出，从而16路激光器的输出光脉冲信号合成1路光脉冲序列，耦合器6的输出光纤连接到光学天线7，光学天线7内包含的光束准直、扩束装置，可将光脉冲序列导入空间中，即完成了多光源脉冲序列合成。
传统的激光脉冲调制器(如图1)通信速率受制于激光器的脉冲重复频率。若需要提高系统的通信速率，则需要提高激光器的脉冲重复频率，此时激光器的脉冲峰值功率会随着脉冲重复频率的提高而降低。本系统使用若干组激光器并联分时工作，将各个激光器产生的光脉冲按照序列的方式合成一路。这样，n组峰值功率为W、脉冲重复频率为f的激光器组合在本系统中，脉冲重复频率可达到n×f同时维持峰值功率W不变，相较原系统通信速率可提高n倍。

Claims (4)

1.无线激光通信PPM调制器，其特征在于，包括依次连接的数字接口(1)、环形分配器(2)、若干驱动器(3)，每个驱动器(3)均连接一个激光器(4)，每个激光器(4)均连接一个偏振控制器(5)，所有偏振控制器(5)均连接至一个耦合器(6)，耦合器(6)与光学天线(7)连接。
2.根据权利要求1所述的无线激光通信PPM调制器，其特征在于，所述驱动器(3)、所述激光器(4)、所述偏振控制器(5)数量相等，均为2n个。
3.根据权利要求1所述的无线激光通信PPM调制器，其特征在于，所述驱动器(3)包括相互连接的功率放大模块(3-1)和功率控制模块(3-2)，功率放大模块(3-1)与所述环形分配器(2)连接，功率控制模块(3-2)与所述激光器(4)连接；
所述驱动器(3)还包括偏振控制模块(3-3)，偏振控制模块(3-3)与所述偏振控制器(5)连接。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的无线激光通信PPM调制器的多光源序列合成的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、数字接口(1)将需要传递的信息转换为PPM调制信号，以电脉冲序列的形式送入环形分配器(2)；
步骤2、环形分配器(2)将接收到的电脉冲序列转换为若干路分时的电脉冲信号，若干路分时的电脉冲信号分别分配给各个驱动器(3)；
步骤3、各个驱动器(3)接收到电脉冲信号后，均对其进行整型、功率放大、电平匹配处理，用处理后的电脉冲信号分别驱动相应激光器(4)发射光脉冲信号；
步骤4、所有激光器(4)产生功率一致的光脉冲信号，然后激光器(4)通过各自的尾纤输出送至相应偏振控制器(5)；
步骤5、激光器(4)的光脉冲信号经过偏振控制器(5)后偏振态保持一致，偏振态一致的光脉冲信号输出至耦合器(6)；
步骤6、耦合器(6)将若干光脉冲信号合成1路光脉冲序列，耦合器(6)通过光学天线(7)将光脉冲序列导入空间中，即完成了多光源脉冲序列合成。
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