CN107124228A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了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，针对当前激光终端采用收发同频段异频点的方案中，首先需要解决的是收发光束偏振分离的问题，因为在工程实现上收发同频方案的可行性取决于系统的偏振隔离度能否达到要求，所以本发明利用旋转光学波片实现收发光束的偏振态互换，实现发射左旋光/右旋光，接收右旋光/左旋光，同时结合新型偏振分光镜结构设计，实现高精度的光传输隔离度，使得发射功率达W(瓦)级，接收端灵敏度达到nw(纳瓦)级，收发隔离度优于60db。

Description

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
技术领域
本发明属于空间激光通信领域，具体涉及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，在收发同频率的激光通信中，用于发射通信光束，同时接收对面端机发射来的通信光束，减小由于系统内部和自身的干扰所形成的噪声，通过系统设计实现将偏振态正交的光束进行高精度的分离。
背景技术
收发光束高效隔离是采用收发合一光学天线方案面临的首要问题，目前能够解决此问题的方案主要有两种：光谱分光方案和偏振分光方案。前者针对发射和接收光束的频率不同，利用分色镜完成收发光束的符合或分离，虽然这种方案采用的技术较成熟，易实现，但是极大地限制了通信链路的灵活性。文献《Fabry-Perot标准具同时用于光谱滤波和分光研究》(光电子激光，Vol(17),2006)中提出用Fabry-Perot标准具的干涉原理进行滤波的同时充当接收端的光谱分光器，分析了针对不同频率的入射光进行滤波的原理。
另一个是偏振分光方案：发射和接收光束的频率相同，偏振态正交，可利用偏振分光镜完成收发光束分离或符合，采用偏振分光方案的激光终端通过改变光束的偏振态容易实现，大大提高了通信链路间的灵活性，但是该方案需要解决收发光束偏振隔离的问题.
在进行激光通信时，发射端在发射信号同时接收对方端机发射来的信号，在此过程中，E处接收到的信号由两部分组成，其中一大部分是对方端机发射来的信号，另一小部分是在发射过程中由于设备以及光路器件自身反射返回系统的信号，此时该小部分的信号就相当于噪声，在这种条件下，为了定量的表示在同发同收双向通信中，接收端受自身系统影响的一个量，我们用隔离度来衡量，隔离度越大，说明受自身的影响越小，反之则越大，而本发明中的设计方法可以有效地提高系统的隔离度，使得在无对方端机的条件下E处接收到的信号光功率最小。
发明内容
针对激光通信终端采用收发同频率的通信方案，其中最需要解决的收发光束偏振隔离的问题，本发明提出来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，该方法利用旋转光学波片实现收发光束的偏振态互换，实现发射左旋光/右旋光，接收右旋光/左旋光，同时结合新型偏振分光镜结构设计，实现高精度的光传输隔离度。
为了实现本发明的目的，本发明提供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，具体实施步骤如下：
步骤(1)：激光器发出的线偏振光经过保偏光纤与准直器相连，经过准直后的光再经过起偏器，出射光为S线偏振光。在A处放置功率计，配合调整准直头和起偏器使A处功率计示数最大。
步骤(2)：线偏振光经过偏振分光镜，镜子表面通过离子束溅射高能沉积技术，提高膜系的结构的致密度，经过这样膜系的设计使得它具有S偏振方向的光全部反射，P方向的光全部透射。
步骤(3)：经过反射的S线偏振光经过四分之一波片由线偏振光变为圆偏振光，并且在此过程中我们可以旋转该波片的角度改变圆偏振光的旋向，经过反射镜，天线发射出去。
步骤(4)：接收端的信号光以圆偏振光形式经过天线进入接收光路中，经过反射镜1、2偏振态不变，再经过四分之一波片变为p偏振光，p光经过偏振分光镜全部透射出去，再经过检偏器消除杂光，经由分光镜2进入探测器中，并测出E处的功率。
步骤(5)：计算系统隔离度K：K＝PA-PE(PA和PE的单位都是dbm)。
本发明具有如下优点：
(1)作为收发同频激光通信中的关键技术，实现收发光束的偏振隔离，使得信号光信标光共用方案可行，相比传统的独立信标光模式，该发明可以极大的减小激光终端的载重，尤其是对星地通信很重要。
(2)可以实现收发光束的偏振模式互换，使得发射左旋光/右旋光，接收右旋光/左旋光，提高了通信链路的灵活性。
附图说明
图1是本发明的基于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方法的结构示意图；
图2是本发明中系统隔离度的测量实验图(表1是对图2中相关符号的补充说明表)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
如图1所示是基于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方法的结构示意图，其中包括起偏器，镀膜偏振分光镜，反射镜，四分之一波片，光学天线，采用所述器件实现高精度偏振隔离的具体实施步骤如下：
步骤(1)：激光器发出的线偏振光经过保偏光纤与准直器相连，经过准直后的光再经过起偏器，出射光为S线偏振光。在A处放置功率计，配合调整准直头和起偏器使A处功率计示数最大。
步骤(2)：线偏振光经过偏振分光镜，镜子表面通过离子束溅射高能沉积技术，提高膜系的结构的致密度，经过这样膜系的设计使得它具有S偏振方向的光全部反射，P方向的光全部透射。
步骤(3)：经过反射的S线偏振光经过四分之一波片由线偏振光变为圆偏振光，并且在此过程中我们可以旋转该波片的角度改变圆偏振光的旋向，经过反射镜，天线发射出去。
步骤(4)：接收端的信号光以圆偏振光形式经过天线进入接收光路中，经过反射镜1、2偏振态不变，再经过四分之一波片变为p偏振光，p光经过偏振分光镜全部透射出去，再经过检偏器消除杂光，经由分光镜2进入探测器中，并测出E处的功率。
步骤(5)：计算系统隔离度K：K＝PA-PE(PA和PE的单位都是dbm)。
其中，步骤(1)中的激光器工作波长为1540nm-1565nm，频率稳定度和频谱纯度较高。
其中，步骤(2)中利用镀膜的偏振分光镜使得S方向的光反射，P方向的光透射，但是在实际设计中由于受到现有材料以及镀膜设备自身的限制，针对1550nm波长的光，以45°入射时，s光只有99.8％反射，P光只有99％透射，同样的在接收端也会有部分S光经过偏振分光镜进入到探测器中。
其中，步骤(3)中四分之一波片的角度需要精密调节，使得入射光的偏振方向与波片的偏振化方向呈45度，这样才能保证输出是圆偏振光，精密调整方法为：在波片后面依次放置检偏器，功率计探头，先旋转检偏器一周看功率计示数的变化，记录示数中出现的最大值pmax与最小值pmin，然后将检偏器旋转至最大示数pmax处，微调波片的角度使功率计探头的示数减小至某一个数值(处于pmax与pmin之间)，然后再旋转检偏器一周看功率计示数的变化，反复进行上述动作，最终使得pmax与pmin越接近越好。此时认为波片的角度已经调整好，为了减小由于波片后表面反射回系统的光，将波片倾斜一定角度放置。
其中，如图2所示，步骤(4)在实际实验操作中，为了能够更好减小系统内部和自身系统的影响，在C处放置一个反射镜3，让发射光按照原路返回模拟接收到的信号光，并且经过精密的调整偏振分光镜和波片的角度使得E处接收到的光功率最大，可认为系统的接收效率最大，此时将反射镜3撤掉并且用吸光能力较强的盒子将天线发射出的光吸收，测得的E处的功率PE，则通过K＝PA-PE(PA和PE的单位都是dbm)既可以得出系统的隔离度。
图2所示是在信号传输过程中各个偏振态的变化图，表1是对图2中相关符号的补充说明。
表1相关符号的补充说明表

Claims (5)

1.一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，其特征在于：该方法实现步骤如下：
步骤(1)：激光器发出的线偏振光经过保偏光纤与准直器相连，经过准直后的光再经过起偏器，出射光为S线偏振光，在A处放置功率计，配合调整准直头和起偏器使A处功率计示数最大；
步骤(2)：线偏振光经过偏振分光镜，镜子表面通过离子束溅射高能沉积技术，提高膜系的结构的致密度，经过这样膜系的设计使得它具有S偏振方向的光全部反射，P方向的光全部透射；
步骤(3)：经过反射的S线偏振光经过四分之一波片由线偏振光变为圆偏振光，并且在此过程中我们可以旋转该波片的角度改变圆偏振光的旋向，经过反射镜，光学天线发射出去；
步骤(4)：接收端的信号光以圆偏振光形式经过天线进入接收光路中，经过第一反射镜(1)、第二反射镜(2)偏振态不变，再经过四分之一波片变为p偏振光，p光经过偏振分光镜全部透射出去，再经过检偏器消除杂光，经由第二分光镜(2)进入探测器中，并测出E处的功率；
步骤(5)：计算系统隔离度K：K＝PA-PE，PA和PE的单位都是dbm。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(1)中的激光器工作波长为1540nm-1565nm，频率稳定度和频谱纯度较高。
3.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(2)中利用镀膜的偏振分光镜使得S方向的光反射，P方向的光透射，但是在实际设计中由于受到现有材料以及镀膜设备自身的限制，针对1550nm波长的光，以45°入射时，s光只有99.8％反射，P光只有99％透射，同样的在接收端也会有部分S光经过偏振分光镜进入到探测器中。
4.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(3)中四分之一波片的角度需要精密调节，使得入射光的偏振方向与波片的偏振化方向呈45度，这样才能保证输出是圆偏振光，精密调整方法为：在波片后面依次放置检偏器，功率计探头，先旋转检偏器一周看功率计示数的变化，记录示数中出现的最大值pmax与最小值pmin，然后将检偏器旋转至最大示数pmax处，微调波片的角度使功率计探头的示数减小至某一个数值，处于pmax与pmin之间，然后再旋转检偏器一周看功率计示数的变化，反复进行上述动作，最终使得pmax与pmin越接近越好，此时认为波片的角度已经调整好，为了减小由于波片后表面反射回系统的光，将波片倾斜一定角度放置。
5.根据权利要求1所述的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，其特征在于：步骤(4)在实际实验操作中，为了能够更好减小系统内部和自身系统的影响，在C处放置一个第3反射镜(3)，让发射光按照原路返回模拟接收到的信号光，并且经过精密的调整偏振分光镜和波片的角度使得E处接收到的光功率最大，此时系统的接收效率最大，此时将反射镜3撤掉并且用吸光能力较强的盒子将天线发射出的光吸收，此时E处的功率就是PE，则通过K＝PA-PE就可以得出系统的隔离度。
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