CN108696328B - 基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，包含依次连接的阳光光谱分割子系统、多载泵浦子系统以及调制解调子系统；阳光光谱分割子系统：将太阳光处理成泵浦光(6)；多载泵浦子系统：对泵浦光(6)进行处理，获得输出激光(8)；调制解调子系统：对输出激光(8)进行调制解调。本发明可以应用到卫星光通信系统中，具有可同时产生多个激光载波，卫星能源消耗低，系统热耗低等优点。

Description

基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统
技术领域
本发明涉及航空航天领域、激光通信领域，具体地，涉及一种基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统。
背景技术
卫星激光通信的发展趋势是迈向空间高速组网和“星地/星间”超大速率骨干传输，当前的天线技术和载波生成手段都无法匹配此发展目标，必须研究适应于网络化发展的激光通信载荷技术，包括多波生成技术等。将传统波分复用技术应用于空间通信领域，首先需保障通信波长之间的间隔满足粗波分复用需求，密集波分复用技术由于空间多普勒波长偏移等问题目前难以适用。因此，能够在空间环境中高效利用阳光能源产生粗波分复用激光载波，同时尽量减少系统设计复杂度，提高系统集成度等问题成为该领域的首要待攻关技术。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统。
根据本发明提供的基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，包含依次连接的阳光光谱分割子系统、多载泵浦子系统以及调制解调子系统；
阳光光谱分割子系统：将太阳光处理成泵浦光；
多载泵浦子系统：对泵浦光进行处理，获得输出激光；
调制解调子系统：对输出激光进行调制解调。
优选地，所述阳光光谱分割子系统包含聚光器与分色镜组；
分色镜组包含多个分色镜，太阳光被聚光器聚集后的光线依次通过多个所述分色镜。
优选地，所述多载泵浦子系统包含激光器结构与光纤光栅；
分色镜、激光器结构、光纤光栅一一对应。
优选地，多个激光器结构中包含有掺钕石英光纤激光器、掺铒石英光纤激光器、以及掺镱石英光纤激光器。
优选地，所述光纤光栅包含F-P谐振腔。
优选地，所述调制解调子系统包含调制单元与解调单元；
所述调制单元包含波分复用器，所述解调单元包含波分解复用器。
优选地，所述调制单元包含光放大器、准直器以及光学发射天线；
波分复用器、光放大器、准直器、光学发射天线依次连接。
优选地，所述解调单元还包含光学接收天线、光纤耦合结构以及光放大器；
光学接收天线、光纤耦合结构、光放大器、波分解复用器依次相连。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明可以应用到卫星光通信系统中，具有可同时产生多个激光载波，卫星能源消耗低，系统热耗低等优点。
2、本发明利用频谱分割后的阳光泵浦多种工作物质生成多激光载波，利用星上多个调制器设计实现粗波分复用与载波调制。
3、本发明有针对性的分割阳光谱段进行多种光纤激光器同时泵浦，可高效利用阳光能源，实现空间激光多载波高效生成及应用。
4、本发明中泵浦多路激光载波的设计及制造代价低，便于波分复用系统设计与实现，利于扩充卫星激光通信的通信容量，是卫星激光波分复用通信的极佳选择。
5、本发明配合阳光泵浦光纤放大器使用可实现全光卫星通信以及星上全光纤激光信号处理应用，减少了激光信号在收发两端光学系统内部的耦合损耗。
6、本发明利用空间聚集阳光直接泵浦光纤激光器产生激光通信可使用的激光载波，避免了“阳光—电—泵浦光—激光”的复杂转换方式，提高星上能源利用效率，结构设计简单易行，系统可靠性显著提升，波分复用扩展能力强。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为阳光光谱分割子系统方案框图；
图2为多载波泵浦子系统方案框图；
图3为调制解调子系统方案框图。
图中示出：
Figure BDA0001701609680000031
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，包含依次连接的阳光光谱分割子系统、多载泵浦子系统以及调制解调子系统。阳光光谱分割子系统：将太阳光处理成泵浦光6，包含一个或多个波段的泵浦光6；多载泵浦子系统：对泵浦光6进行处理，获得输出激光8；调制解调子系统：对输出激光8进行调制解调。
如图1所示，所述阳光光谱分割子系统包含聚光器1与分色镜组2，分色镜组2包含多个分色镜，太阳光被聚光器1聚集后的光线依次通过多个所述分色镜。阳光光谱分割子系统的功能是将卫星上汇聚的阳光按照不同种类激光器分割成多个频段，将相应频段的阳光泵浦源传输到对应的光纤激光器端进行激光载波生成。对于特定的光纤激光器，由于掺杂离子或光纤材料的不同，其对阳光吸收的谱段不同，利用这一特点有针对性的分割阳光谱段进行多种光纤激光器同时泵浦，可高效利用阳光能源，实现空间激光多载波高效生成及应用。
如图2所示，所述多载泵浦子系统包含激光器结构与光纤光栅7，分色镜、激光器结构、光纤光栅7一一对应。所述光纤光栅7包含F-P谐振腔。多载波泵浦子系统的功能是利于不同波段的阳光泵浦源和不同类型光纤激光器同时泵浦产生多路激光载波。本发明中采用3种光纤激光器分别是掺钕石英光纤激光器3、掺铒石英光纤激光器4与掺镱石英光纤激光器5，在激光器两侧采用光纤光栅7滤波方式进行激光震荡选频。具体泵浦方式如下：800nm～860nm泵浦光6输入掺钕石英光纤激光器3，泵浦产生1088nm激光载波；860nm～945nm泵浦光6输入掺铒石英光纤激光器4，泵浦产生1550nm激光载波；945nm以上泵浦光6输入掺镱石英光纤激光器5，泵浦产生1064nm激光载波。优选地，还可以根据实际需求选择其他类型的激光器结构，激光器结构数量也可以进行调整。
如图3所示，所述调制解调子系统包含调制单元与解调单元，所述调制单元包含波分复用器9，所述解调单元包含波分解复用器10。所述调制单元包含光放大器、准直器以及光学发射天线，波分复用器9、光放大器、准直器、光学发射天线依次连接。所述解调单元还包含光学接收天线、光纤耦合结构以及光放大器，光学接收天线、光纤耦合结构、光放大器、波分解复用器10依次相连。调制解调子系统的功能是将3路激光载波进行粗波分复用调制与解调实现通信。该系统可利用3路激光载波，每路激光载波可使用偏振复用分为共6路载波，每路载波的调制速率为20Gbps，共实现120Gbps的卫星激光粗波分复用通信。
基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统利用太阳光泵浦多种光纤激光器产生多激光载波，利用阵列式调制系统和解调系统将信息调制到不同载波中以及解调还原，再利用空间光学天线实现空间多路激光链路的发射和接收。该方式泵浦多路激光载波的设计及制造代价低，便于波分复用系统设计与实现，利于扩充卫星激光通信的通信容量，是卫星激光波分复用通信的极佳选择。
工作原理：
步骤一，如图1所示，聚光器1将聚集的阳光辐射传递到镀膜分色镜组2端，每个分色镜根据自身镀膜特点将特定波长反射到对应的光纤激光器泵浦端，漏过其他波段泵浦光6，直至每个光纤激光器均收到对应波段的阳光泵浦源；
步骤二，如图2所示，光纤光栅7作为腔镜的F-P腔结构，实现激光器的全光纤集成，光纤光栅7对腔内激光相当于高反射镜，而对于泵浦光6则是完全透明的，泵浦光6被吸收后最终转换为输出激光8；
步骤三，将3路不同波长的输出激光8分别进行偏振复用再引入各自调制器中，最终将120Gbps信号完全加载于此6路激光载波信号，该6路信号经过波分复用器9复用进而达到空间传输状态；在接收端，6路信号经过波分解复用器10最终还原为原始的120Gbps信号，实现了高速激光粗波分复用通信。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，其特征在于，包含依次连接的阳光光谱分割子系统、多载泵浦子系统以及调制解调子系统；
阳光光谱分割子系统：将太阳光处理成泵浦光(6)；
多载泵浦子系统：对泵浦光(6)进行处理，获得输出激光(8)；
调制解调子系统：对输出激光(8)进行调制解调；
所述阳光光谱分割子系统包含聚光器(1)与分色镜组(2)；
分色镜组(2)包含多个分色镜，太阳光被聚光器(1)聚集后的光线依次通过多个所述分色镜；
所述多载泵浦子系统包含激光器结构与光纤光栅(7)；
分色镜、激光器结构、光纤光栅(7)一一对应；所述光纤光栅(7)包含F-P谐振腔；采用3种光纤激光器分别是掺钕石英光纤激光器(3)、掺铒石英光纤激光器(4)与掺镱石英光纤激光器(5)，在激光器两侧采用光纤光栅(7)滤波方式进行激光震荡选频。
2.根据权利要求1所述的基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，其特征在于，多个激光器结构中包含有掺钕石英光纤激光器(3)、掺铒石英光纤激光器(4)、以及掺镱石英光纤激光器(5)。
3.根据权利要求1所述的基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，其特征在于，所述光纤光栅(7)包含F-P谐振腔。
4.根据权利要求1所述的基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，其特征在于，所述调制解调子系统包含调制单元与解调单元；
所述调制单元包含波分复用器(9)，所述解调单元包含波分解复用器(10)。
5.根据权利要求4所述的基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，其特征在于，所述调制单元包含光放大器、准直器以及光学发射天线；
波分复用器(9)、光放大器、准直器、光学发射天线依次连接。
6.根据权利要求4所述的基于阳光泵浦的卫星激光粗波分复用通信系统，其特征在于，所述解调单元还包含光学接收天线、光纤耦合结构以及光放大器；
光学接收天线、光纤耦合结构、光放大器、波分解复用器(10)依次相连。
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