CN109547112A - 一种空间光通信收发一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间光通信收发一体化装置，其A端系统和B端系统均包括一个三端口光环形器以及发射模块、耦合镜和接收模块，发射模块包括激光光源和偏振起偏器，接收模块包括偏振检偏器和探测器，偏振检偏器与偏振起偏器极化方向正交，光环形器的两个端口分别与偏振起偏器和偏振检偏器连接，达到分光的作用，光环形器的第三个端口与耦合镜连接，用于将出射光准直和将接收到的空间光耦合至光纤；本发明采用一体化设计，通过光纤耦合技术进行接收和发射，使得在接收准确的同时发射光也能沿原光路到达对端设备，可实现空间光通信收发一体化设计，并解决一体化设计带来的自发干扰问题，有效提高了信噪比。

Description

一种空间光通信收发一体化装置
技术领域
本发明属于无线光通信技术领域，具体涉及一种空间光通信收发一体化装置。
背景技术
现有的空间光通信系统均使用收发隔离光学系统，通过机械调整的方式，保证多轴平行。
考虑到温度对结构会造成一定程度的形变，以及长期使用后由于机械振动导致光轴逐渐偏离，使得接收光路和发射光路不再平行，最终导致跟瞄精度下降甚至无法通信。因此，这种系统存在体积大，多轴平行度一致性保证困难、成本高的缺陷。
如何缩小设备体积，提高SWaP（尺寸、重量和功耗），减少平行度一致性保证难度，提高ATP（捕获、跟踪和瞄准）系统可靠性是现有空间光通信有面临的一个技术难点，同时在采用收发同轴一体设计时，如何抑制自发干扰也是另一个技术难点。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种空间光通信收发一体化装置。
本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空间光通信收发一体化装置，由A端系统和B端系统组成，所述的A端系统和B端系统均包括一个三端口光环形器以及分别与光环形器连接的发射模块、耦合镜和接收模块；所述的发射模块包括将数字信号转为光信号的激光光源和将所述光信号极化为偏振光的偏振起偏器；所述的激光光源完成电-光转换，所述的偏振起偏器一端与激光光源连接，另一端与光环形器的一个端口连接；所述的接收模块包括过滤来自光环形器的入射光以抑制自发干扰的偏振检偏器和将光信号转为数字信号的探测器；偏振检偏器一端与光环形器的一个端口连接，另一端与探测器连接，探测器完成光-电转换；所述偏振检偏器极化方向与偏振起偏器极化方向正交；所述光环形器的两个端口分别与偏振起偏器和偏振检偏器连接，达到分光的作用，所述光环形器的第三个端口与耦合镜连接，用于将出射光准直和将接收到的空间光耦合至光纤。
所述的一种空间光通信收发一体化装置，A端系统的耦合镜与B端系统的耦合镜垂直设置。
本发明的有益效果是：本发明采用发射/接收共用耦合镜的设计，实现一体化设计，在发射空间信号光的同时也能接收对端空间信号光；本发明在镜组后端利用光环形器，将光纤中的发送及接收光束进行分离，利用光环形器的非互异性，将发射/接收光路分开处理；本发明采用偏振起偏器产生空间偏振光，并采用极化方向正交的偏振检偏器抑制本端的自发干扰；利用空间光光纤耦合技术实现发射/接收光束一体化共设计，使得在接收准确的同时发射光也能沿原光路到达对端设备，缩小了设备体积，减少了光轴数。
附图说明
图1为本发明装置的连接示意图；
图2为本发明A端系统和B端系统的结构示意图；
图3为本发明装置调整偏振方向的示意图。
各附图标记为：1—光环形器，2—耦合镜，3—发射模块，31—激光光源，32—偏振起偏器，4—接收模块，41—探测器，42—偏振检偏器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明装置的连接示意图如图1所示，由相同结构的A端系统和B端系统组成，所述的A端系统包括一个光环形器1以及分别与光环形器1的三个端口（端口1’、端口2’、端口3’）连接的发射模块3、耦合镜2和接收模块4，所述的B端系统包括一个光环形器1以及分别与光环形器1的三个端口（端口1、端口2、端口3）连接的发射模块3、耦合镜2和接收模块4。
本发明装置工作时，A端的发射模块3完成电-光转换，将数字信号转为光信号通过光纤从光环形器1的端口1’传入，经过光环形器1的端口2’和耦合镜2后输出变为空间光； B端的接收模块4通过耦合镜2将空间光耦合到光环形器1的端口2后，经过光环形器1的端口3将信号光传递至接收模块4，然后进行光-电转换，最终将信号还原出来。反之B端的发射光源能沿原光路进入到A端的接收模块4。
本发明这种发射/接收共用耦合镜2、后端使用光环形器1的设计，实现了一体化设计，利用光的偏振特性，在发射空间信号光的同时也能接收对端空间信号光。
本发明的偏振隔离系统示意图如图2所示，发射模块3包括将数字信号转为光信号的激光光源31和将所述光信号极化为偏振光的偏振起偏器32，所述的激光光源31完成电-光转换，所述的偏振起偏器32与激光光源31和光环形器1连接，将激光光源31的出射光极化为线偏振光，送入光环形器1的端口1继而从光环形器1的端口2发射出去；同样，来自对端发射的信号光也为线偏振光，从端口2转入端口3：接收模块4包括过滤来自光环形器1的入射光以抑制自发干扰的偏振检偏器42和将光信号转为数字信号的探测器41，偏振检偏器42一端与光环形器1的端口3连接，另一端与探测器41连接，探测器41完成光-电转换。所述偏振检偏器42极化方向与偏振起偏器32极化方向正交。
本发明装置中光环形器1的端口1与偏振起偏器32连接，端口3与偏振检偏器42连接，达到分光的作用，耦合镜2与光环形器1的端口2连接，对于出射光而言该镜头可作为准直镜，对于接收光而言可作为耦合镜将空间光耦合至光纤。
如图3所示，调整对端发射光的偏振方向，使其与本端偏振起偏器32的偏振化方向相垂直，则本端1→2的出射偏振光方向与2→3的接收偏振光方向相垂直，此时偏振检偏器42的偏振化方向与接收偏振光相同，探测器41将只能收到该偏振化方向的光，即2→3的接收偏振光，从而滤掉了1→3的干扰光。
本发明这种偏振起偏器32和偏振检偏器42的组合设计，形成偏振隔离系统，抑制了自发干扰。
本发明利用光环形器的非互异性，将光纤中的发送及接收光束进行分离，可抑制自发干扰，进一步提高信噪比，有效减少了传统激光通信机的体积，并降低了光轴平行度调试难度，具有很好的使用价值，特别适用于空间光通信终端中的光学系统。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何本领域技术人员在本发明的启示下都可以得出其它变形及改进的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种空间光通信收发一体化装置，其特征在于：由A端系统和B端系统组成，所述的A端系统和B端系统均包括一个三端口光环形器（1）以及分别与光环形器（1）连接的发射模块（3）、耦合镜（2）和接收模块（4）；
所述的发射模块（3）包括将数字信号转为光信号的激光光源（31）和将所述光信号极化为偏振光的偏振起偏器（32）；
所述的接收模块（4）包括过滤光环形器（1）入射光的偏振检偏器（42）和将光信号转为数字信号的探测器（41）；
所述偏振检偏器（42）极化方向与偏振起偏器（32）极化方向正交；
所述光环形器（1）的两个端口分别与偏振起偏器（32）和偏振检偏器（42）连接，达到分光的作用，所述光环形器（1）的第三个端口与耦合镜（2）连接，用于将出射光准直和将接收到的空间光耦合至光纤。
2.根据权利要求1所述的一种空间光通信收发一体化装置，其特征在于，所述A端系统的耦合镜（2）与B端系统的耦合镜（2）垂直设置。
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