CN108574533B - 一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机 - Google Patents

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Abstract

一种基于相控阵的共口径激光通信光端机，属于激光通信技术领域，为了解决现有技术存在的通信收发隔离度差的问题，其包括通信激光源、扩束镜组、偏振分光器、法拉第旋光器、偏振分光棱镜、λ/4波片、精相控阵扫描器件、液晶可调波片一、粗扫描器件、液晶可调波片二、窄带滤光片、检偏器、物镜和探测器；本发明采用激光发射与激光接收共口径设计，利用光学相控阵器件实现发射光束角度与接收视场的控制，利用法拉第旋光器结合偏振分光棱镜、检偏器实现发射激光与接收激光的分离；可适用于对体积、重量、功耗、外形有限制的自由空间激光通信场合。

Description

一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机
技术领域
本发明属于激光通信技术领域，具体是涉及一种基于相控阵的共口径激光通信光端机。
背景技术
自由空间激光通信是指采用激光束作为信息载体在自由空间信道之间进行的通信。激光通信具有速率高、隐蔽性强、抗干扰能力强等优点，在军用以及民用通信中具有广阔的应用空间。现有自由空间激光通信光端机所采用的指向捕获、跟踪、对准机构为由电机、轴承、转轴、码盘等构成的机械伺服，该伺服体积大、重量重，功耗也大，限制了自由空间激光通信光端机的应用范围，同时采用机械伺服的光端机外形多为球状，不利于某些特殊应用场合。
采用光学相控阵的激光通信光端机具有体积小、重量轻、功耗低的优势，目前已有的手段是利用液晶空间光调制器作为精指向元件，液晶偏振光栅作为粗指向元件，两者组合实现大视场范围高精度的指向，但是液晶偏振光栅具有偏振依赖性，液晶空间光调制器与液晶偏振光栅均具有色散特性，导致发射系统与接收系统难以共孔径使用。
中国专利公开号为“CN106656325A”公开了“一种高速的单光源双向自由空间激光通信系统”。基站下行信号经电光调制器调制产生，经第一空间-光纤耦合装置耦合入射到自由空间，后有第一光学天线正向射出，终端的第二光学天线接收到基站信号后，经第二空间-光纤耦合装置耦合入射到光耦合器中，一部分光信号有终端的第二接收模块探测接收，得到下行信号数据；另一部分光信号入射到反射式半导体光放大中，经反射式半导体光放大擦除再调制、放大并反射回光耦合器，再经由原路由第二光学天线逆向回射到基站，回射的光信号被基站的第一接收模块探测接收，得到上行信号数据。但是其采用光纤环行器解决发射光与接收光的分离，存在通信收发隔离度差的问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的通信收发隔离度差的问题，提供一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机。
本发明解决技术问题的技术方案是：
一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征是，其包括通信激光源、扩束镜组、偏振分光器、法拉第旋光器、偏振分光棱镜、λ/4波片、精相控阵扫描器件、液晶可调波片一、粗扫描器件、液晶可调波片二、窄带滤光片、检偏器、物镜和探测器；发射通信激光时，所述通信激光源产生调制的激光，发射激光经过扩束镜组扩束后入射至偏振分光器，在偏振分光器内部反射后经过法拉第旋光器，透过拉第旋光器后偏振方向转动45°，然后发射激光入射至偏振分光棱镜，在偏振分光棱镜内部反射后至λ/4波片上，激光透过λ/4波片后偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后发射激光入射到精相控阵扫描器件上，激光入射角度被精相控阵扫描器件调制，激光在精相控阵扫描器件上反射后再一次透过λ/4波片，发射激光偏振态由圆偏振光变成线偏振光，偏振方向与第一次入射时相差90°，然后发射激光透过偏振分光棱镜入射到液晶可调波片一，经过液晶可调波片一改变偏振态，然后发射激光经过粗扫描器件，被大角度调制，最后，发射激光经过液晶可调波片二转换成右旋偏振光发射向通信对象；
接收通信激光时，通信对象发射的入射通信光先经过液晶可调波片二，改变为适应粗扫描器件的偏振态，然后入射通信光经过粗扫描器件，入射光经过粗扫描器件进行大角度范围调制，再进入液晶可调波片一改变偏振态为线偏振光，然后再透过偏振分光棱镜与λ/4波片，经过λ/4波片后相位差改变λ/4变为圆偏振光，然后通信光入射到精相控阵扫描器件上，激光入射角度被精相控阵扫描器件调制，入射通信光在精相控阵扫描器件上反射后再一次透过λ/4波片，偏振态由圆偏振光变成线偏振光，线偏振光进入偏振分光棱镜，在偏振分光棱镜内部反射，反射后的入射光经过法拉第旋光器，入射通信光偏振方向转动45°，然后经过偏振分光器，入射通信光透过偏振分光器，依次经过窄带滤光片与检偏器滤除杂散光，再经过物镜汇聚于探测器的像面，被探测后转化为可供通信与测角的电信号，所述通信激光即可为通信光，又可为定位用信标光。
本发明的有益效果：一种共口径相控阵的轻小型激光通信光端机，采用激光发射与激光接收共口径设计，利用光学相控阵器件实现发射光束角度与接收视场的控制，利用法拉第旋光器结合偏振分光棱镜、检偏器实现发射激光与接收激光的分离。
本发明简化了光端机的结构，减轻了体积、重量与功耗，同时采用共口径设计，降低了对相控阵器件面积的要求以及装调的难度，可适用于对体积、重量、功耗、外形有限制的自由空间激光通信场合。
附图说明
图1为本发明一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机结构示意图。
图中：1、偏振通信激光源，2、扩束镜，3、偏振分光器、，4、法拉第旋光器，5、偏振分光棱镜，6、λ/4波片，7、精相控阵扫描器件，8、液晶可调波片一，9、粗扫描器件，10、液晶可调波片二，11、检偏器，12、窄带滤光片，13、物镜，14、探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，包括通信激光源1、扩束镜组2、偏振分光器3、法拉第旋光器4、偏振分光棱镜5、λ/4波片6、精相控阵扫描器件7、液晶可调波片一8、粗扫描器件9、液晶可调波片二10、窄带滤光片11、检偏器12、物镜13和探测器14。
发射通信激光时，所述通信激光源1产生调制的激光，发射激光经过扩束镜组2扩束后入射至偏振分光器3，在偏振分光器3内部反射后经过法拉第旋光器4，透过拉第旋光器4后偏振方向转动45°，然后发射激光入射至偏振分光棱镜7，在偏振分光棱镜7内部反射后至λ/4波片6上，激光透过λ/4波片6后偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后发射激光入射到精相控阵扫描器件7上，激光入射角度被精相控阵扫描器件7调制，激光在精相控阵扫描器件7上反射后再一次透过λ/4波片6，发射激光偏振态由圆偏振光变成线偏振光，偏振方向与第一次入射时相差90°，然后发射激光透过偏振分光棱镜5入射到液晶可调波片一8，经过液晶可调波片一8改变偏振态，然后，发射激光经过粗扫描器件9，被大角度调制，最后，发射激光经过液晶可调波片二10转换成右旋偏振光发射向通信对象。
接收通信激光时，通信对象发射的入射通信光先经过液晶可调波片二10，改变为适应粗扫描器件9的偏振态，然后入射通信光经过粗扫描器件9，入射光经过粗扫描器件9进行大角度范围调制，再进入液晶可调波片一8改变偏振态为线偏振光，然后再透过偏振分光棱镜5与λ/4波片6，经过λ/4波片6后相位差改变λ/4变为圆偏振光，然后通信光入射到精相控阵扫描器件7上，激光入射角度被精相控阵扫描器件7调制，入射通信光在精相控阵扫描器件7上反射后再一次透过λ/4波片6，偏振态由圆偏振光变成线偏振光，线偏振光进入偏振分光棱镜5，在偏振分光棱镜5内部反射，反射后的入射光经过法拉第旋光器4，入射通信光偏振方向转动45°，然后经过偏振分光器3，入射通信光透过偏振分光器3，依次经过窄带滤光片11与检偏器12滤除杂散光，再经过物镜13汇聚于探测器14的像面，被探测后转化为可供通信与测角的电信号，所述通信激光即可为通信光，又可为定位用信标光。
所述偏振通信激光源1发射波段为980nm或1064nm波段。
所述偏振分光器3与偏振分光棱镜5的光矢量振动方向相差45°。
所述发射偏振分光器3与偏振分光棱镜5，消光比>1000:1。
所述法拉第旋光器4可使入射线偏振光振动方向旋转45°。
所述精相控阵扫描器件7为反射式液晶空间光调制器，阵列为1920×1152，像元尺寸为9.2μm，扫描分辨率为100μrad级，扫描范围是-1.25°～+1.25°。
所述液晶可调波片一8与液晶可调波片二10可实现左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光与线偏振光的转换。
所述粗扫描器件9为液晶偏振光栅，通过调整偏振态可以实现光束偏转，扫描分辨率为2.5°，扫描范围可达±40°。
所述窄带滤光片12光谱带宽小于5nm，透过率＞95％。
所述探测器14为四象限APD探测器或者面阵APD探测器,具有通信、测距、以及定位能力。

Claims (8)

1.一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征是，其包括通信激光源(1)、扩束镜组(2)、偏振分光器(3)、法拉第旋光器(4)、偏振分光棱镜(5)、λ/4波片(6)、精相控阵扫描器件(7)、液晶可调波片一(8)、粗扫描器件(9)、液晶可调波片二(10)、窄带滤光片(11)、检偏器(12)、物镜(13)和探测器(14)；
发射通信激光时，所述通信激光源(1)产生调制的激光，发射激光经过扩束镜组(2)扩束后入射至偏振分光器(3)，在偏振分光器(3)内部反射后经过法拉第旋光器(4)，透过法拉第旋光器(4)后偏振方向转动45°，然后发射激光入射至偏振分光棱镜(5)，在偏振分光棱镜(5)内部反射后至λ/4波片(6)上，激光透过λ/4波片(6)后偏振态由线偏振光变为圆偏振光，然后发射激光入射到精相控阵扫描器件(7)上，激光入射角度被精相控阵扫描器件(7)调制，激光在精相控阵扫描器件(7)上反射后再一次透过λ/4波片(6)，发射激光偏振态由圆偏振光变成线偏振光，偏振方向与第一次入射时相差90°，然后发射激光透过偏振分光棱镜(5)入射到液晶可调波片一(8)，经过液晶可调波片一(8)改变偏振态，然后发射激光经过粗扫描器件(9)，被大角度调制，最后，发射激光经过液晶可调波片二(10)转换成右旋偏振光发射向通信对象；
接收通信激光时，通信对象发射的入射通信激光先经过液晶可调波片二(10)，改变为适应粗扫描器件(9)的偏振态，然后入射通信激光经过粗扫描器件(9)，入射通信激光经过粗扫描器件(9)进行大角度范围调制，再进入液晶可调波片一(8)改变偏振态为线偏振态，然后再透过偏振分光棱镜(5)与λ/4波片(6)，经过λ/4波片(6)后相位差改变λ/4偏振态变为圆偏振态，然后通信激光入射到精相控阵扫描器件(7)上，激光入射角度被精相控阵扫描器件(7)调制，入射通信激光在精相控阵扫描器件(7)上反射后再一次透过λ/4波片(6)，偏振态由圆偏振态变成线偏振态，线偏振态通信激光进入偏振分光棱镜(5)，在偏振分光棱镜(5)内部反射，反射后的激光经过法拉第旋光器(4)，偏振方向转动45°，然后经过偏振分光器(3)，入射通信激光透过偏振分光器(3)，依次经过窄带滤光片(11)与检偏器(12)滤除杂散光，再经过物镜(13)汇聚于探测器(14)的感光面，入射激光经探测器(14)转化为供通信与测角的电信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征在于，所述通信激光源(1)发射波段为980nm或1064nm波段。
3.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征在于，所述偏振分光器(3)与偏振分光棱镜(5)的光矢量振动方向相差45°。
4.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征在于，所述法拉第旋光器(4)使入射线偏振光振动方向旋转45°。
5.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征在于，所述精相控阵扫描器件(7)为反射式液晶空间光调制器。
6.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征在于，所述液晶可调波片一(8)与液晶可调波片二(10)实现左旋圆偏振光或者右旋圆偏振光与线偏振光的转换。
7.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征在于，所述粗扫描器件(9)为液晶偏振光栅。
8.根据权利要求1所述的一种基于光学相控阵的共口径激光通信光端机，其特征在于，所述探测器(14)为四象限APD探测器或者面阵APD探测器。
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