CN106918922A - 一种偏振隔离收发一体光学天线 - Google Patents
一种偏振隔离收发一体光学天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106918922A CN106918922A CN201710283186.XA CN201710283186A CN106918922A CN 106918922 A CN106918922 A CN 106918922A CN 201710283186 A CN201710283186 A CN 201710283186A CN 106918922 A CN106918922 A CN 106918922A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polarization
- wave plate
- light
- optical antenna
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title claims abstract description 83
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 72
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 14
- 230000006855 networking Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/40—Transceivers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明为一种偏振隔离收发一体光学天线，激光发射模块的激光束通过λ/4波片和第二λ/2波片构成的波片组，变为S线偏振光，经偏振分束器到第一λ/2波片，调制为和原偏振方向呈45°的线偏振光。经准直镜、光学天线发射。接收时光学天线接收的入射光信号经准直镜后达到第一λ/2波片，透射后被调制为P偏振的线偏振光，再通过偏振分束器无损耗输出，经聚光镜达到光接收模块被其探测器接收。偏振分束器输出的接收光的光路与进入偏振分束器的发射光光路相互垂直。接收端的相同光学天线和发射端相对放置,二者第一λ/2波片快轴成45°。本发明大大减轻了系统重量和体积，组网方便，可靠性高；提高了接收信噪比；特别适宜用于卫星光通信。
Description
技术领域
本发明属于空间激光通信技术领域，具体涉及一种偏振隔离收发一体光学天线。
背景技术
现阶段，随着空间应用领域的发展和各种信息需求量的大幅增加，特别是卫星激光通信技术成为大容量高速率空间通信领域的重要研究方向。该技术是以激光作为信息载体进行信息交换和传输，具有广阔的军用和民用应用前景。由于在传输速率、容量、体积、重量和功耗等方面占有很大优势，美国、欧洲、日本等国家已经全面展开了对该领域的研究工作，已完成多次星地和星间激光通信实验。
只有通过激光星间链路使得多个小卫星组成空间光通信网络，才能够充分利用空间资源。卫星移动通信系统只有通过足够数量的网络节点和其间的相应链路才能获得优良通信流量的分配，增强网络克服链路或节点故障的能力。
由于收发分离的光学系统体积和重量较大，难以满足小卫星载荷的要求，故卫星光通信中较少使用。目前的卫星光通信终端大部分采用收发同轴光学系统，为了实现收发隔离，发射信号光和接收信号光多采用不同波长，或者上行链路和下行链路不对称，这使得光学通信终端的兼容性受到了极大限制。故需要研制一种接收光和发射光能够有效隔离且收发一体的光学天线。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术和方法的不足和缺点，设计一种偏振隔离收发一体光学天线，利用偏振光学技术隔离接收光和发射光，实现收发一体光学天线。本发明与收发分离结构的光学天线相比大大减小了系统质量和体积，与采用不同收发波长的光学天线相比，实现了任意两点间的通信互联，从而极大提高了光通信网的可靠性和有效性。
本发明设计的一种偏振隔离收发一体光学天线包括一个激光发射模块，一个光接收模块和一个光学天线，激光发射模块发出的激光束通过由一个λ/4波片和第二λ/2波片构成的波片组，激光束变为S偏振的线偏振光，然后通过一个偏振分束器，S偏振光无损耗反射或者透射输出到第一λ/2波片，第一λ/2波片的快轴方向和S偏振光的偏振方向夹角为22.5°，通过第一λ/2波片出射的偏振光的偏振方向被调制为和原偏振方向呈45°角的线偏振光。λ/2波片使入射方位角为θ的偏振光的偏振角度旋转为2θ。通过第一λ/2波片出射的偏振光的偏振方向被调制为和对端的第一λ/2波片快轴方向呈67.5°角的线偏振光，将发射的偏振光经准直镜后通过光学天线发射。
所述光学天线接收信号时，光学天线接收的入射光信号经准直镜后达到第一λ/2波片，接收信号光经第一λ/2波片透射后，被调制为P偏振的线偏振光，再通过偏振分束器无损耗输出，经聚光镜达到光接收模块被其探测器接收；偏振分束器输出接收光的方式与发射光通过偏振分束器的方式不同，偏振分束器输出的接收光的光路与进入偏振分束器发射光光路相互垂直。
在接收端，光学天线的结构和发射端相同，接收端和发射端的光学天线相对放置,二光学天线的第一λ/2波片快轴方向成45°。
本发明的光学天线集发射天线和接收天线为一体，实现了收发信号光的分离。
本发明用偏振光学技术隔离接收光和发射光，本端发射的信号光尽可能的少进入本端的接收系统。本发明设计的收发一体光学天线中的半波片的前后表面虽有反射光，本设计可抑制各半波片表面的反射光进入本端接收系统。具体分析如下：
第一λ/2波片靠近偏振分束器的前表面反射光的偏振方向和发射光方向一致，该反射光不会到达探测器。反射光矩阵表达式为：
透过第一λ/2波片前表面的发射光经过第一λ/2波片，到达第一λ/2波片后表面部分被反射，后表面反射的光的偏振状态由矩阵及决定，即正向透过第一λ/2波片及后向反射回第一λ/2波片的琼斯矩阵。第一λ/2波片靠近天线的后表面反射的光的偏振方向和发射光方向一致，该反射光也不能到达探测器，反射光矩阵表达式为：
同理，本天线其他光学元件表面反射的光的偏振方向和发射光方向也一致，故各光学元件表面反射的光均不能到达探测器。
本发明的另一方案为：所述由一个λ/4波片和第二λ/2波片构成的波片组替换为一个调制S偏振线偏振光的起偏器。
所述激光发射模块发出的激光束波长λ范围为760nm～1650nm。
所述激光发射模块发出的激光束先通过一个第二准直镜再进入由一个λ/4波片和第二λ/2波片构成的波片组，或者进入起偏器。
与现有技术相比，本发明一种偏振隔离收发一体光学天线的优点为：1、与传统的收发分离天线相比，大大减轻了系统重量和体积，对功耗的要求更低；2、与收发天线采用不同波长的光学天线相比，具有组网更方便，可靠性更高；3、与传统的基于偏振隔离的技术相比，实现发射信号光与接收信号光的分离，并实现对反射信号光更加优越的隔离，极大提高了系统的接收信噪比；4、因本发明重量和体积小，且可靠性提高，特别适宜用于卫星光通信，实现任意两颗卫星的互联通信。
附图说明
图1为本偏振隔离收发一体光学天线实施例1结构示意图；
图2为本偏振隔离收发一体光学天线实施例1从本端发射光传播方向看过去，第一λ/2波片快轴与S线偏振光的偏振方向的夹角示意图；
图3为本偏振隔离收发一体光学天线实施例2结构示意图。
图中标号为：
1、光学天线，2、准直镜，3、第一λ/2波片，4、偏振分束器，5、聚光镜，6、光接收模块，7、第二λ/2波片，8、λ/4波片，9、第二准直镜，10、激光发射模块，11、起偏器。
①接收端接收的信号光通过其第一λ/2波片后的偏振方向，②接收端的第一λ/2波片快轴方向，③发射端经过波片组后的S偏振光的偏振方向，④发射端第一λ/2波片快轴方向，⑤发射端的发射信号光通过第一λ/2波片后的偏振方向。
具体实施方式
为了使本发明技术方案更加清晰，下面结合附图，对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本偏振隔离收发一体光学天线实施例1如图1所示，包括一个激光发射模块10，第二准直镜9，由一个λ/4波片8和第二λ/2波片7构成的波片组，偏振分束器4，第一λ/2波片3，准直镜2，聚光镜5，一个光接收模块6和一个光学天线1。
本例激光发射模块10发出的激光束波长λ＝1550nm，激光束通过第二准直镜9和由一个λ/4波片8和第二λ/2波片7构成的波片组，激光束变为S偏振的线偏振光，然后通过一个偏振分束器4的反射S偏振光无损耗输出到第一λ/2波片3，第一λ/2波片3的快轴方向和S偏振光的偏振方向夹角为22.5°，通过第一λ/2波片3的将发射的偏振光的偏振方向、被调制为和原偏振方向呈45°角的线偏振光。即通过第一λ/2波片3的将发射的偏振光的偏振方向被调制为和对端的第一λ/2波片快轴方向呈67.5°角的线偏振光，将发射的偏振光经准直镜2后通过光学天线1发射。
本例光学天线1接收信号时，光学天线1接收的入射光信号经准直镜2后达到第一λ/2波片3，接收信号光经第一λ/2波片3透射后，被调制为P偏振的线偏振光，再通过偏振分束器4无损耗透过输出，经聚光镜5达到光接收模块6被其探测器接收；偏振分束器4输出的接收光的光路与进入偏振分束器4的发射光光路相互垂直。
本例收发两端的光通信的偏振隔离收发一体光学天线为相同光学结构，相对放置，如图2所示，沿着本端发射光的方向看过去，本端第一λ/2波片3快轴与S偏振光的偏振方向夹角为22.5°，而对端第一λ/2波片快轴与S偏振光的偏振方向夹角为-22.5°，即以快轴方向绕S偏振方向顺时针旋转的角度为正，逆时针旋转角度为负。即相对的两个光学天线的第一λ/2波片快轴方向成45°。
本例线偏振光的偏振方向和第一λ/2波片快轴方向的夹角如图2所示，图2中的5个箭头由左至右依次为①接收端的接收信号光通过第一λ/2波片后的偏振方向，②接收端的第一λ/2波片快轴方向，③发射端经过波片组后的S偏振光的偏振方向，④发射端第一λ/2波片快轴方向，⑤发射端的发射信号光通过第一λ/2波片后的偏振方向。由图中清晰可见，发射端第一λ/2波片快轴方向④与接收端的第一λ/2波片快轴方向②的夹角为45°。发射端S偏振光的偏振方向③与发射端第一λ/2波片快轴方向④的夹角为22.5°，通过第一λ/2波片后的发射信号光偏振方向⑤与原S偏振光的偏振方向③夹角为45°，且与接收端的第一λ/2波片快轴方向②成67.5°。接收端的接收信号光通过第一λ/2波片后的偏振方向①与其经过波片组后的发射信号光的S偏振光的偏振方向③成90°。可见本例集发射天线和接收天线为一体的光学天线有效实现了收发信号光的偏振隔离。
实施例2
本偏振隔离收发一体光学天线实施例2如图3所示，其结构与实施例1相似，只是实施例1中的由一个λ/4波片8和第二λ/2波片7构成的波片组替换为一个调制S偏振线偏振光的起偏器11。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种偏振隔离收发一体光学天线，包括一个激光发射模块，一个光接收模块和一个光学天线，其特征在于：
所述激光发射模块(10)发出的激光束通过由一个λ/4波片(8)和第二λ/2波片(7)构成的波片组，激光束变为S偏振的线偏振光，然后通过一个偏振分束器(4)，S偏振光无损耗反射或透射输出到第一λ/2波片(3)，第一λ/2波片(3)的快轴方向和S偏振光的偏振方向夹角为22.5°，通过第一λ/2波片(3)出射偏振光的偏振方向被调制为和原偏振方向呈45°角的线偏振光；将发射的偏振光经准直镜(2)后通过光学天线(1)发射；
所述光学天线接收信号时，光学天线(1)接收的入射光信号经准直镜(2)后达到第一λ/2波片(3)，接收信号光经第一λ/2波片(3)透射后，被调制为P偏振的线偏振光，再通过偏振分束器(4)无损耗输出，经聚光镜(5)达到光接收模块(6)被其探测器接收；偏振分束器(4)输出接收光的方式与发射光通过偏振分束器(4)的方式不同，偏振分束器(4)输出的接收光的光路与进入偏振分束器(4)的发射光光路相互垂直；
在接收端，光学天线(1)的结构和发射端相同，接收端和发射端的光学天线(1)相对放置，二光学天线(1)的第一λ/2波片(3)快轴方向成45°。
2.根据权利要求1所述的偏振隔离收发一体光学天线，其特征在于：
所述由一个λ/4波片(8)和第二λ/2波片(7)构成的波片组替换为一个调制S偏振线偏振光的起偏器(11)。
3.根据权利要求1或2所述的偏振隔离收发一体光学天线，其特征在于：
所述激光发射模块(10)发出的激光束波长λ范围为760nm～1650nm。
4.根据权利要求1所述的偏振隔离收发一体光学天线，其特征在于：
所述激光发射模块(10)发出的激光束先通过一个第二准直镜(9)再进入由一个λ/4波片(8)和第二λ/2波片(7)构成的波片组。
5.根据权利要求2所述的偏振隔离收发一体光学天线，其特征在于：
所述激光发射模块(10)发出的激光束先通过一个第二准直镜(9)再进入起偏器(11)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710283186.XA CN106918922A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种偏振隔离收发一体光学天线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710283186.XA CN106918922A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种偏振隔离收发一体光学天线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106918922A true CN106918922A (zh) | 2017-07-04 |
Family
ID=59568386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710283186.XA Pending CN106918922A (zh) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | 一种偏振隔离收发一体光学天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106918922A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108183750A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-19 | 长春理工大学 | 一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机 |
| CN109104239A (zh) * | 2018-10-30 | 2018-12-28 | 宁波光舟通信技术有限公司 | 一种星间信号调整系统 |
| PL423300A1 (pl) * | 2017-10-30 | 2019-05-06 | Univ Warszawski | Odbiornik do odbierania informacji przesyłanej przy użyciu bardzo słabych impulsów światła, układ do przesyłania informacji zawierający taki odbiornik oraz sposób przesyłania informacji przy użyciu bardzo słabych impulsów światła |
| CN110044462A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 北京工业大学 | 一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构 |
| CN110187358A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-30 | 中国科学技术大学 | 收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102364364A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-02-29 | 福州百讯光电有限公司 | 单波长单纤双向光收发模块组件 |
| CN102707331A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-03 | 北京理工大学 | 基于偏振的收发一体化亚纳秒脉冲激光探测系统 |
| CN104391361A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-03-04 | 福州腾景光电科技有限公司 | 一种单纤双向收发模块组件 |
| CN104811248A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-07-29 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种自由空间激光通信光隔离装置 |
| CN106526760A (zh) * | 2015-09-09 | 2017-03-22 | 深圳市华宜达通信设备有限公司 | 一种具备链路偏振光监控的可调谐收发一体的光组件 |
| CN207008201U (zh) * | 2017-04-26 | 2018-02-13 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | 一种偏振隔离收发一体光学天线 |
-
2017
- 2017-04-26 CN CN201710283186.XA patent/CN106918922A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102364364A (zh) * | 2011-11-22 | 2012-02-29 | 福州百讯光电有限公司 | 单波长单纤双向光收发模块组件 |
| CN102707331A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-03 | 北京理工大学 | 基于偏振的收发一体化亚纳秒脉冲激光探测系统 |
| CN104391361A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-03-04 | 福州腾景光电科技有限公司 | 一种单纤双向收发模块组件 |
| CN104811248A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-07-29 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种自由空间激光通信光隔离装置 |
| CN106526760A (zh) * | 2015-09-09 | 2017-03-22 | 深圳市华宜达通信设备有限公司 | 一种具备链路偏振光监控的可调谐收发一体的光组件 |
| CN207008201U (zh) * | 2017-04-26 | 2018-02-13 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | 一种偏振隔离收发一体光学天线 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 马拥华 等: "《一种收发隔离光学系统设计》", 《激光技术》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL423300A1 (pl) * | 2017-10-30 | 2019-05-06 | Univ Warszawski | Odbiornik do odbierania informacji przesyłanej przy użyciu bardzo słabych impulsów światła, układ do przesyłania informacji zawierający taki odbiornik oraz sposób przesyłania informacji przy użyciu bardzo słabych impulsów światła |
| CN108183750A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-19 | 长春理工大学 | 一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机 |
| CN108183750B (zh) * | 2017-12-28 | 2020-04-24 | 长春理工大学 | 一种基于光学相控阵的分口径激光通信光端机 |
| CN109104239A (zh) * | 2018-10-30 | 2018-12-28 | 宁波光舟通信技术有限公司 | 一种星间信号调整系统 |
| CN110044462A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 北京工业大学 | 一种激光外差干涉多普勒振动测量光学结构 |
| CN110187358A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-30 | 中国科学技术大学 | 收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统 |
| CN110187358B (zh) * | 2019-06-14 | 2024-01-09 | 中国科学技术大学 | 收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106918922A (zh) | 一种偏振隔离收发一体光学天线 | |
| CN104459904B (zh) | 一种单纤双向bosa结构 | |
| CN102195717B (zh) | 一种兼容激光通信的量子通信系统 | |
| CN103873151B (zh) | 一种兼容微波、激光和量子通信的星载集成通信系统 | |
| CN112242870B (zh) | 一种基于光纤环形器的双工激光通信系统及使用方法 | |
| CN106788758A (zh) | 一种空间激光通信组网的收发终端及运行方法 | |
| CN108574533A (zh) | 一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机 | |
| CN104954070A (zh) | 一种用于空间相干光通信的自适应光纤阵列式激光收发系统 | |
| CN108957900A (zh) | 一种基于硅基的多波束光学相控阵天线 | |
| CN112688777B (zh) | 一种空间-光纤耦合阵列逆向调制自由空间qkd系统 | |
| CN107911165A (zh) | 基于分布式光学谐振腔的无线通信装置 | |
| CN106908912A (zh) | 用于高速收发系统的单纤双向bosa光学结构 | |
| CN210780813U (zh) | 一种高隔离度收发同偏振态的同频空间激光通信光路 | |
| CN106646757B (zh) | 多路复用器及其合光方法 | |
| CN104811248A (zh) | 一种自由空间激光通信光隔离装置 | |
| CN100454790C (zh) | 一种全光卫星通信网络路由终端 | |
| CN207008201U (zh) | 一种偏振隔离收发一体光学天线 | |
| CN104730641A (zh) | 光环形器及应用其的单纤双向光模块 | |
| CN106842603B (zh) | 单晶体高空间利用率90°空间光混频器 | |
| CN107124228A (zh) | 一种将空间激光通信信号光收发同频率的光束进行高精度分离的方法 | |
| CN209215629U (zh) | 一种单纤双向光模块和由其组成的波分复用光传输系统 | |
| WO2015081501A1 (zh) | 一种光收发器及处理光信号的方法 | |
| CN106712846A (zh) | 一种适应不同工作距离的激光通信光学装置 | |
| CN207924208U (zh) | 在同波长下实现光收发一体的光器件 | |
| CN214626985U (zh) | 一种空间-光纤耦合阵列逆向调制自由空间qkd系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170704 |