CN113972948A - 一种光发射装置、光通信系统以及光通信方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光发射装置、光通信系统以及光通信方法，通过调节光发射装置中的N个光发射单元的光束，以使得进入光接收装置的光功率最大，能够使得湍流造成的散斑影响最小化，从而提升光天线的接收效率。其中，所述光发射装置包括：第一分光器以及N个光发射单元，N为大于1的整数；所述第一分光器用于将接收到的同一信号光传输到所述N个光发射单元；所述N个光发射单元用于将来自所述第一分光器的信号光输出为按照预设比例分布的光束。

Description

一种光发射装置、光通信系统以及光通信方法

技术领域

本申请涉及光通信领域，并且更具体地，涉及一种光发射装置、光通信系统以及光通信方法。

背景技术

空间光通信是未来通信系统的重要组成部分，是对当前通信系统的有效补充。空间光通信的一个重要发展方向是相干空间光通信。

在相干空间光通信系统中，光从空间到单模光纤的耦合一直是最主要困难之一。多种因素都会影响单模光纤的耦合效率及其稳定性。首先是大气带来的影响：在经过大气之后，光束会有光强闪烁、相位起伏、到达角起伏、光束漂移等，导致聚焦后的光斑在光纤端面晃动，且光斑模式与光纤中传播的模式重合度低。其次是环境带来的影响：如环境振动、温漂等带来光天线的与入射光束的相对运动，导致聚束光斑在光纤端面的抖动。此外，还有捕获跟踪瞄准(acquisition tracking and pointing，ATP)系统的运动，也会导致入射光束与光天线系统的相对运动。尤其是强湍流下，空间光束会发生散斑现象，在到达ATP系统的接收端时光斑会扩大很多倍，超出ATP系统接收孔径。

目前采用自适应光学技术可以解决光强抖动和相位起伏等问题，不能解决散斑问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种光发射装置、光通信系统以及光通信方法，以期解决散斑问题，提升光天线的接收效率。

第一方面，提供了一种光发射装置，包括：第一分光器，N个光发射单元，N为大于1的整数，以及调节单元；第一分光器用于将同一信号光传输到N个光发射单元；N个光发射单元用于将来自第一分光器的信号光输出为按照预设比例分布的光束；调节单元用于根据回传的光功率信息调节N个光发射单元发出的光束。

通过第一分光器将同一信号光分布到N个光发射单元，并调节N个光发射单元的光束，以使得进入光接收装置的光功率最大，能够使得湍流造成的散斑影响最小化。

可选地，第一分光器具体用于将信号光按照预设比例分成N份，传输到N个光发射单元，其中，预设比例是根据预设模型确定的。

在本申请实施例中，结合光发射装置的具体结构，光发射装置调节光发射单元发出的光束的方式有多种。

在本申请实施例中，光发射装置调节光发射单元发出的光束的依据是光功率信息，可以实时调节每个光发射单元。其中，光功率信息是通过低速回传信道反馈给光发射装置的。

在一种可能的实现方式中，调节单元调节N个光发射单元发出的光束的出光角度，以使进入光接收装置的光功率为最大。因此，光发射装置通过调节每个光发射单元的出光角度，以实现进入光接收装置的光功率为最大。

可选地，调节单元在第一方向调节第n个光发射单元的出光角度，并在第二方向调节第n个光发射单元的出光角度，1≤n<N，第一方向与第二方向垂直；调节单元在第三方向调节第n+1个光发射单元的出光角度，并在第四方向调节第n+1个光发射单元的出光角度，第三方向与第四方向垂直。因此，光发射装置不断轮询调节N个光发射单元的出光角度，以使得进入光接收装置的光功率始终保持最大，从而使得湍流造成的散斑影响最小化。

当然，为了加快调节速率，也可以将N个光发射单元分为多组，每次调节一组光发射单元的出光角度，即以组为单位调节出光角度。

在一种可能的实现方式中，N个光发射单元中的每个光发射单元包括：驱动装置，尾纤及透镜；驱动装置与尾纤连接，用于推动尾纤以改变尾纤的位置，以调整光发射单元的出光角度；尾纤输出的光束到达透镜；透镜用于对尾纤输出的光进行扩束。因此，光发射单元可以通过驱动装置改变尾纤位置，从而调整出光角度。

可选地，驱动装置可以通过压电驱动器实现。压电驱动器具备驱动力大，控制精确等优点。本申请实施例的空间光通信应用场景，通常光发射天线和光接收天线距离非常遥远，因此光发射单元的出光角度的调节范围需求小，精度要求高。因此，压电驱动器可以满足需求。

在一种可能的实现方式中，光发射装置还包括L个调相器，每个调相器与至少一个光发射单元连接；调节单元调节L个调相器，以改变N个光发射单元发出的光束的相位，以使进入光接收装置的光功率为最大。因此，光发射装置也可以通过实时调节相位的方式，抑制散斑影响。

可选地，调节单元调节L个调相器，包括：调节单元调节第l个调相器，以调整第n个光发射单元的光束的相位，1≤l≤L，1≤n≤N。因此，光发射装置不断轮询调节N个光发射单元的相位，以使得进入光接收装置的光功率始终保持最大，从而使得湍流造成的散斑影响最小化。

在一种可能的实现方式中，光发射装置还包括H个光放大器，每个光放大器与N个光发射单元中的一个或多个光发射单元连接；其中，调节单元调节H个光放大器的增益，以改变N个光发射单元发出的光束的出光功率，以使进入光接收装置的光功率为最大。因此，光发射装置可以通过实时调整放大器的增益，抑制散斑影响。

可选地，调节单元调节第h个光放大器的增益，以改变第n个光发射单元发出的光束的出光功率，同时，光发射装置用于调节第h+1个光放大器的增益，以改变第n+1个光发射单元发出的光束的出光功率，1≤h<H，1≤n<N。

“调节光放大器的增益”的方式不仅可以独立实施，也可以与上文“调节出光角度”或“调节相位”的方式组合实施，对此不作限定。

作为一种实现方式，对于光发射装置调节光发射单元的出光角度的方式，还可以进一步在光发射装置中增加光放大器以调节增益，即光发射装置包括至少一个光放大器以及多个出光角度可调的光发射单元。当然，在该光发射装置中，一个光放大器可以与一个或多个出光角度可调节的光发射单元连接，对此不作具体限定。

作为另一种实现方式，对于光发射装置调节光发射单元的相位方式，还可以进一步在光发射装置中增加光放大器以调节增益，即光发射装置包括至少一个光放大器以及至少一个调相器光发射单元。当然，在该光发射装置中，一个光放大器可以与一个或多个调相器连接，对此不作具体限定。

第二方面，提供了一种光收发装置，光收发装置包括第一方面中的光发射装置，光接收装置，第二分光器，以及光探测器；其中：光接收装置用于接收来自对端光收发装置发出的光束，并传输到第二分光器；第二分光器用于对对端发出的光束进行分光，并将分光后的第一部分光束传输到光探测器；光探测器用于检测第二分光器分出的第一部分光束的光功率，并向对端光收发装置回传光功率信息。

第三方面，提供了一种光通信系统，包括：第一方面中任一实现方式的光发射装置，光接收装置，第二分光器，以及光探测器。光发射装置用于发送信号光；光接收装置用于接收信号光，并将信号光传输到第二分光器；第二分光器与光接收装置连接，用于对从光接收装置接收的光束进行分光，并将分光后的第一部分光束传输到光探测器；光探测器与第二分光器连接，用于检测第一部分光束的光功率信息；其中，光发射装置与光探测器通过回传信道连接，回传信道用于将光探测器检测到的光功率信息传输到光发射装置；光发射装置包括第一分光器以及N个光发射单元，光发射装置用于根据光功率信息，调节N个光发射单元发出的光束，以使进入光接收装置的光功率为最大。

随着湍流不断变化，本申请实施例的光通信系统，不断地调节可调多芯光天线的发射单元，使进入光接收天线的光功率时钟保持较大的值，从而使湍流造成的散斑影响最小化。

可选地，回传信道采用低速回传信道。这是由于光功率信息的回传传输速度不快，因此低速回传信道可以使用更低的调制速率，冗余比特较多的算法，以实现在长距离的恶劣信道中稳定传输。

第四方面，提供了一种光通信方法，包括：控制第一分光器将同一信号光传输到N个光发射单元，N个光发射单元将来自第一分光器的信号光输出为按照预设比例分布的光束，N为大于1的整数；接收回传的光功率信息；根据光功率信息，调节N个光发射单元发出的N份光束，以使进入光接收装置的光功率最大，能够使得湍流造成的散斑影响最小化。

可选地，调节N个光发射单元发出的N份光束，包括：调节N个光发射单元发出的光束的出光角度。

可选地，调节N个光发射单元发出的N份光束，包括：调节N个光发射单元发出的光束的相位。

可选地，调节N个光发射单元发出的N份光束，还包括：调节N个光发射单元发出的光束的增益。

第五方面，提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第四方面的方法的指令。

附图说明

图1是应用本申请实施例的光通信系统的一个架构示例图；

图2是本申请实施例的光通信系统的一个架构示意图；

图3是本申请光发射装置以及光发射装置发出的光束分布的一个示例图；

图4是本申请光发射装置的一个结构示例图；

图5是图4中的光发射装置应用到光通信系统的另一架构图；

图6是本申请光发射装置的另一个结构示例图；

图7是图6中的光发射装置应用到光通信系统的另一架构图；

图8是本申请光发射装置的又一个结构示例图；

图9是图8中的光发射装置应用到光通信系统的另一架构图；

图10是本申请光发射装置的再一个结构示例图；

图11是由光纤、压电驱动器和透镜组成的光发射单元的工作原理示意图；

图12是本申请的光通信系统的另一示例图；

图13是本申请提供的一种光通信方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

本申请实施例的技术方案可以应用于远距离、大容量或受恶劣环境(比如，沙漠，海洋)影响比较大的光通信场景。比如，本申请可以支持几十公里甚至几百公里的远距离光通信。

图1是应用本申请实施例的光通信系统的一个架构示例图。如图1所示，该架构包括：收发端1和收发端2。每个收发端具备发射功能以及接收功能，互为收发对端。

图1中的上部分图示出了收发端1向收发端2发射光时的架构，如图1上部分图所示，收发端1包括发射模块以及发射装置1(发射装置1包括发射光路以及光发射天线)。收发端2包括接收模块接收装置2(接收装置2包括接收光路以及光接收天线)。在收发端1的发射模块，通过对光信号进行调制，将信号加载到光上，然后通过发射装置1发射出去。从收发端1传输过来的光束通过接收装置2接收并耦合到单模光纤中，并进入到光学检测模块或者光放大器中。在整个系统中，除了由于信道改变而带来的发射装置和接收装置不同之外，其余部分与光纤系统中的结构基本相同。也就是说，适配空间信道的发射装置和接收装置是空间光通信硬件系统的核心所在，承担着补偿空间信道中大气湍流、以及发射装置和接收装置本身的抖动导致的光束抖动的影响的作用，确保单模光纤接收效率。

图1中的下部分图示出了收发端1接收来自收发端2的光时的架构，如图1下部分图所示，收发端1包括接收模块以及接收装置1(接收装置1包括接收光路以及光接收天线)。收发端2包括发射模块以及发射装置2(发射装置2包括发射光路以及光发射天线)。在收发端2的发射模块，通过对光信号进行调制，将信号加载到光上，然后通过发射装置2发射出去。从收发端2传输过来的光束通过接收装置1接收并耦合到单模光纤中，并进入到光学检测模块或者光放大器中。

当前自适应光学可以对湍流造成的相位畸变进行一定的补偿，但是无法解决湍流造成的散斑问题。

有鉴于此，本申请提出一种光发射装置(也可以称作可调多芯光天线)，可以实时调节信号光，能够有效抑制湍流引起的散斑问题，使得湍流造成的散斑影响最小化。

本申请提出的光发射装置可以替代图1中收发端1的光发射天线或图1中的收发端1，或图1中的发射装置1；或者，可以替代图1中的收发端2的光发射天线或图1中的收发端2，或发射装置2。

图2是本申请实施例的光通信系统的一个示意图。如图2所示，包括：光发射装置202，用于将信号光201发射出去。光发射装置202包括第一分光器221和多个光发射单元222。多个光发射单元发射的信号光束通常会受到湍流203的影响。接收端包括：光接收装置204，用于接收信号光束；第二分光器205，用于将收到的信号光束分出一部分给光探测器206；光探测器206，用于检测分出的光束的光功率，并将光功率信息回传给发射端；以及信号接收处理装置207，用于处理接收到的信号光。信号接收处理装置207可以包括波前相位调节装置，光耦合装置等，一般光耦合装置可以包括一个或多个透镜和尾纤。

具体地，所述光发射装置在接收到信号光后，通过所述第一分光器将所述信号光分成N份(N为大于1的整数)，分别传输到所述N个光发射单元，并通过所述N个光发射单元将信号光传输到空间中。这里，N个光发射单元的光束来自同一信号光。所述N个光发射单元发出的光束按照预设比例分布，预设比例是按照预设模型分布确定的。比如，“按照预设模型分布”可以包括：高斯分布，轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)调制分布，或其他具备长距离、稳定特点的分布方式。可选地，第一分光器具体用于将信号光按照预设比例分成N份，预设的比例本身也可以视为一种预设的模型。

应理解，第一分光器也可以通过其他方式实现，只要是能够将信号光分成N份(进一步地，按照预设比例分成N份)，分别传输到所述N个光发射单元，使得N个光发射单元输出的光束按照预设比例分布即可，对第一分光器的具体形式不作限定。本申请出现的分光器(第一分光器或第二分光器)可以是光纤分光器或空间分光片等分光器件。

所述光发射装置将按照预设比例分布的信号光传输到光接收装置。所述光接收装置接收到信号光后，将接收到的信号光的光束进行缩束，到达第二分光器。

所述第二分光器用于将所述光接收装置接收到的信号光进行分光，并将分光后的部分光束传输到所述光探测器，其余部分光束继续传播到信号接收处理装置207。为了便于描述，这里将分光后传输到所述光探测器的光束称作第一部分光束，将分光后除去第一部分波束外其余部分光束(即传输到信号接收处理装置207)称作第二部分波束。

所述光探测器206用于检测第一部分光束的光功率信息。所述光探测器与所述光发射装置通过回传信道连接。可选地，回传信道采用低速回传信道。这是由于光功率信息的回传传输速度不必快，因此低速回传信道可以使用更低的调制速率，冗余bit较多的算法，以实现在长距离的恶劣信道中稳定传输。

所述低速回传信道用于将所述光探测器检测到的光功率信息反馈到所述光发射装置。可选地，所述低速回传信道可以用低速的空间光信道来实现，也可以用于低速的微波信道来实现，对此不作具体限定。

在光发射装置和光接收装置对准以后，就可以对光发射装置的N个光发射单元进行调节。具体的调节方式将在后续说明。光发射装置根据低速回传信道(或称作信标光)返回的光功率信息，实时调整N个光发射单元，使得光探测器探测的光功率达到最大。若探测器探测的光功率达到最大，那么进入光接收装置的光功率也就到达最大值。在通信链路建立过程中，随着湍流不断变化，光通信系统不断地调节光发射装置的N个发射单元，以使得进入光接收装置的光功率始终保持较大的值，从而使得湍流造成的散斑影响最小化。

在强湍流条件下散斑问题尤其严重，到达接收端的光斑甚至比光接收装置的孔径大一个量级，直径可达数米，造成极大光功率损耗。采用本申请的光发射装置，可以有效减弱散斑影响，提升接收效率。

可以理解，图2中的示意图只是便于理解，并不对本申请实施例的保护范围构成限定。

下面给出了本申请的光发射装置以及光束分布的一个简单示意图。

图3示出了本申请光发射装置以及光发射装置发出的光束分布的一个示例图。如图3中的左图所示，光发射装置可由多个光发射单元222组成。其中，每个光发射单元是独立可调的。通过预设每个光发射单元的光功率，可以使得光发射装置发出的光束的功率呈高斯分布或近似高斯分布，具体光分布如图3中的右图示例所示。每个光发射单元发出的光束均来自同一个信号光。从光发射装置通过多个光发射单元发出的多个光束在空间中聚合成一束光，向光接收装置发射。

在本申请实施例中，结合光发射装置的具体结构，光发射装置调节光发射单元发出的光束的方式有多种。即，对于不同的光发射装置，其对应的调节方式不同。下面将分别描述。

方式1

光发射装置通过调节N个光发射单元发出的光束的出光角度，以使进入光接收装置的光功率为最大。

示例性地，图4示出了方式1中的光发射装置的结构示意图。光发射装置202包括第一分光器221以及N个出光角度可调的光发射单元222，还包括调节单元223，用于根据回传的光功率信息调节N个光发射单元发出的光束。第一分光器用于将进入光发射装置的信号光分成N份(或按照预设比例分成N份)，分别连接到N个光发射单元。每个光发射单元的出光角度都独立可调。当信号光进入光发射装置后，信号光分成N份(或按照预设比例分成N份)，分别进入到N个光发射单元。其中，预设比例是预设的分光比例。预设比例按照以下原则预设：保证进入N个光发射单元的中间的光发射单元光功率较大，边缘的光发射单元的光功率小，即光发射装置发射出的光近似呈高斯分布。

图5示出了图4中的光发射装置应用到光通信系统的另一架构图。图5包括了调节单元223，根据回传信道回传的接收端接收的光功率信息，调节N个光发射单元发出的光束的角度。

可选地，光发射装置用于调节N个光发射单元发出的光束的出光角度，包括：所述光发射装置在第一方向调节第n个光发射单元的出光角度，并在第二方向调节所述第n个光发射单元的出光角度，1≤n<N，所述第一方向与所述第二方向垂直；所述光发射装置在第三方向调节第n+1个光发射单元的出光角度，并在第四方向调节所述第n+1个光发射单元的出光角度，所述第三方向与所述第四方向垂直。

其中，第一方向与第二方向是第n个光发射单元出光方向偏转的两个方向。第三方向与第四方向是第n+1个光发射单元出光方向偏转的两个方向。

也就是说，光发射装置依次对N个光发射单元的出光角度进行调节。光发射装置对每个光发射单元在垂直的两个方向进行调节。

示例性地，假设N个光发射单元的编号为1至N，以编号为1的光发射单元(称作1号光发射单元)为例，光发射装置控制1号光发射单元的光束出射方向在X+方向按最小步进调节，如果接收光功率(接收光功率即光接收装置的光光功率，下文不再单独解释)增大，则继续向X+方向调节，反之则向X-方向调节，直到接收光功率最大；接着，光发射装置控制1号光发射单元的光束出射方向在Y+方向按最小步进调节，如果接收光功率增大，则继续向Y+方向调节，反之则向Y-方向调节，直到接收光功率最大。光发射装置按照对编号为1的光发射单元的调节方式，依次对编号为2至N的光发射单元的出光角度进行调节。光发射单元通过从低速回传信道实时获得的光接收装置的光功率信息，来对比调节前后的接收光功率是否增大。

或者，为了提高调节速度，也可以将N个光发射单元中多个相邻的光发射单元作为一组，以组为单位调节出光角度。也就是说，光发射装置可以每次调节一组光发射单元的出光角度，从而加快调节的速率。

示例性地，将N个光发射单元分成M组，所述N个光发射单元由M组光发射单元组成。M组光发射单元中的每组包含的光发射单元的数量可以相同，也可以不同，对此不作限定。比如，可以将N个光发射单元平均分成M组，每组包含相邻的光发射单元，且数量相同。又比如，可以将N个光发射单元分成M组，每组包含相邻的光发射单元的数量可以部分相同部分不同，或者，可以都不同。

可选地，光发射装置通过调节N个光发射单元发出的光束的出光角度，包括：所述光发射装置在第四方向调节第m组光发射单元的出光角度，并在第五方向调节所述第m组光发射单元的出光角度，1≤m<M，所述第四方向与所述第五方向垂直；所述光发射装置在第六方向调节第m+1组光发射单元的出光角度，并在第七方向调节所述第m+1组光发射单元的出光角度，所述第六方向与所述第七方向垂直。

也就是说，光发射装置依次对M组光发射单元的出光角度进行调节。光发射装置对每组光发射单元在垂直的两个方向进行调节。示例性地，假设N个光发射单元划分为M组，组编号依次为1至M，以组编号为1的光发射单元(称作1号组的光发射单元)为例，光发射装置控制1号组的光发射单元的光出射方向均在X+方向按最小步进调节，如果接收光功率增大，则继续向X+方向调节，反之则向X-方向调节，直到接收光功率最大，X+与X-互为反方向；接着，光发射装置控制1号组的光发射单元的光出射方向均在Y+方向按最小步进调节，如果接收光功率增大，则继续向Y+方向调节，反之则向Y-方向调节，直到接收光功率最大，Y+与Y-互为反方向。光发射装置按照对组编号为1的光发射单元的调节方式，依次对组编号为2至N的光发射单元的出光角度进行调节。

因此，在方式1中，通过实时调节每个光发射单元的出光角度，使得光接收装置的接收光功率最大，从而抑制散斑带来的影响。

在方式1中，根据低速回传信道返回的光功率信息，光发射装置能够实时调节光发射单元的出光角度，以抑制散斑影响。

方式2

光发射装置通过调节N个光发射单元发出的光束的相位，以使进入光接收装置的光功率为最大。采用方式2，光发射装置可以包括L个调相器，每个调相器与至少一个光发射单元连接。一个调相器可以对应一个或多个光发射单元，对此不作限定。

示例性地，光发射装置包括第一分光器，L个调相器，以及N个光发射单元。每个调相器独立可调。当信号光进入光发射装置后，信号光分成L份(或按照预设比例分成L份)，分别进入到L个调相器，L个调相器与N个光发射单元连接。L的取值可以与N的取值相同，也可以不同。预设比例是预设的分光比例。预设比例按照以下原则预设：保证进入N个光发射单元的中间的光发射单元光功率较大，边缘的光发射单元的光功率小，即光发射装置发射出的光近似呈高斯分布。方式2中，通过调整L个调相器的相位，使得进入光接收装置的光功率为最大。

可选地，第一分光器具体用于将进入光发射装置的信号光按照预设比例分成L份，分别连接到L个调相器，L个调相器与N个光发射单元连接。L的取值与N的取值可以相同，也可以不同，对此不作限定。比如，若相同，则一个调相器连接一个光发射单元；若不同，则一个调相器可以连接多个光发射单元。

假设调相器的数目与光发射单元的数目相同，均为N，一个调相器与一个光发射单元相连。图6示出了方式2中的光发射装置的一个结构示例图。如图6所示，光发射装置202包括第一分光器221，多个调相器224和多个光发射单元222，还包括调节单元223，用于根据回传的光功率信息调节N个光发射单元发出的光束。第一分光器将信号光分成多份后，分别接入每个调相器。一个调相器与一个光发射单元相连。图6与图4的区别在于，增加了调相器。图7示出了图6中的光发射装置应用到光通信系统的另一架构图。

可选地，光发射装置通过调节所述L个调相器，以改变所述N个光发射单元发出的光束的相位，以使进入光接收装置的光功率为最大，包括：所述光发射装置调节第l个调相器，以调整第n个光发射单元的光束的相位，1≤l<L，1≤n<N。

示例性地，假设调相器的数目与光发射单元的数目均为N，N个光发射单元的编号为1至N，N个调相器的编号为1至N，编号为1的调相器与编号为1的光发射单元相连，以编号为1的光发射单元为例，光发射装置通过调节编号为1的调相器，以增加编号为1的光发射单元发出的光的相位延迟。通过这样的调节，如果光接收装置的光功率增大了，则继续增大1号光发射单元的相位延迟，反之则减小1号光发射单元的相位延迟，直到光接收装置的光功率最大。光发射装置按照对编号为1光发射单元的相位调节方式，依次对其余编号的光发射单元进行调节，以实现对其余编号的光发射单元的功率的调整，直到光接收装置的光功率最大。光发射单元通过从低速回传信道实时获得的光接收装置的光功率信息，来对比调节前后的光接收装置的光功率是否增大。

因此，在通信链路的建立过程中，随着湍流不断变化，光通信系统不断地按照方式2轮询调节光发射装置中的每个调相器的相位延迟，使得进入光接收装置的光功率始终保持较大的值，从而使得湍流带来的散斑影响最小化。

或者，也可以将N个光发射单元中多个相邻的光发射单元作为一组，以组为单位调节一组光发射单元的相位，从而加快调节的速率。

示例性地，将N个光发射单元分成P组，所述N个光发射单元由P组光发射单元组成。每组光发射单元可以对应一个调相器。P组光发射单元中的每组包含的光发射单元的数量可以相同，也可以不同，对此不作限定。比如，可以将N个光发射单元平均分成P组，每组包含相邻的光发射单元，且数量相同。又比如，可以将N个光发射单元分成P组，每组包含相邻的光发射单元可以部分相同部分不同，或者，可以都不同。

可选地，所述光发射装置通过调节第l个调相器，以改变第p组光发射单元发出的光束的相位延迟，1≤l<L，1≤p≤P。

也就是说，光发射装置依次对P组光发射单元的相位进行调节，直到光接收装置的光功率最大。光发射装置对每组光发射单元的相位进行调节。示例性地，假设N个光发射单元划分为P组，组编号依次为1至P，以组编号为1的光发射单元为例，光发射装置调节1号组光发射单元对应的调相器，以增加1号组光发射单元的相位延迟。通过这样的调节，如果光接收装置的光功率增大，则增大1号组光发射单元的相位延迟，反之则减小1号组光发射单元的相位延迟，直到光接收装置的光功率最大。光发射装置按照对组编号为1的光发射单元的相位调节方式，依次对组编号为2至P的光发射单元的相位进行调节。

因此，在方式2中，通过实时调节光发射单元的相位，以使得光接收装置的接收光功率最大，从而抑制散斑带来的影响。

可选地，光发射装置还可以包括H个光放大器，每个光放大器与至少一个光发射单元连接。一个光放大器可以对应一个或多个光发射单元，对此不作限定。

光发射装置通过调节H个光放大器的增益，以改变所述N个光发射单元发出的光束的出光功率，以使进入光接收装置的光功率为最大。

具体地，光发射装置包括H个光放大器，每个光放大器的增益独立可调。当信号光进入光发射装置后，信号光分成H份(或按照预设比例分成H份)，分别进入到H个光放大器，经过H个光放大器放大后，分别进入N个光发射单元。H的取值可以与N的取值相同，也可以不同，对此不作限定。预设比例是预设的分光比例。预设比例按照以下原则预设：保证进入N个光发射单元的中间的光发射单元光功率较大，边缘的光发射单元的光功率小，即光发射装置发射出的光近似呈高斯分布。方式2中，通过调整H个光放大器的增益，使得进入光接收装置的光功率为最大。

可选地，光发射装置可以包括第一分光器。第一分光器用于将进入光发射装置的信号光按照预设比例分成H份，分别连接到H个光放大器，H个光放大器与N个光发射单元连接。H的取值与N的取值可以相同，也可以不同，对此不作限定。比如，若相同，则一个光放大器连接一个光发射单元；若不同，则一个光放大器可以连接多个光发射单元。

假设光放大器的数目与光发射单元的数目相同，均为N，每个光放大器与一个光发射单元相连。图8示出了光发射装置的一个结构示意图。如图8所示，光发射装置202包括第一分光器221，多个光放大器225以及多个光发射单元222，每个光放大器与一个光发射单元连接，还包括调节单元223，用于根据回传的光功率信息调节N个光发射单元发出的光束。图9示出了图8中的光发射装置应用到光通信系统的另一架构图。图9与图5的区别在于，增加了光放大器。

可选地，光发射装置通过调节所述H个光放大器的增益，以改变所述N个光发射单元发出的光束的出光功率，包括：所述光发射装置通过调节第h个光放大器的增益，以改变第n个光发射单元发出的光束的出光功率，并且，所述光发射装置通过调节第h+1个光放大器的增益，以改变第n+1个光发射单元发出的光束的出光功率，1≤h<H，1≤n<N。

也就是说，光发射装置对相邻的两个光放大器的增益进行调节。示例性地，假设光放大器的数目与光发射单元的数目均为N，N个光发射单元的编号为1至N，N个光放大器的编号为1至N，编号为1的光放大器与编号为1的光发射单元相连，以编号为1的光发射单元和编号为2的光发射单元为例，光发射装置通过调节编号为1的光放大器的增益，以控制1号光发射单元的光功率增加，同时，通过调节编号为2的光放大器的增益，以控制2号光发射单元的光功率减少相同的功率(即减少1号光发射单元增加的功率)。通过这样的调节，如果光接收装置的光功率增大了，则继续增大1号光发射单元的功率，减少2号光发射单元的功率，直到光接收装置的光功率最大。光发射装置按照对编号为1的光放大器和编号为2的光放大器的调节方式，依次对其余编号的光放大器进行调节，以实现对其余编号的光发射单元的功率的调整。比如，光发射装置依次对编号为3的光放大器以及编号为4的光放大器进行调节，对编号为5的光放大器以及编号为6的光放大器进行调节，…，对编号为N-1的光放大器以及编号为N的光放大器进行调节，直到光接收装置的光功率最大。又比如，光发射装置依次对编号为2的光放大器以及编号为3的光放大器进行调节，对编号为4的光放大器以及编号为5的光放大器进行调节，…，对编号为N的光放大器以及编号为1的光放大器进行调节，直到光接收装置的光功率最大。光发射单元通过从低速回传信道实时获得的光接收装置的光功率信息，来对比调节前后的接收光功率是否增大。

因此，在通信链路的建立过程中，随着湍流不断变化，光通信系统不断地轮询调节光发射装置中的每个光放大器的增益，达到调节每个光反射单元的光功率的目的，使得进入光接收装置的光功率始终保持较大的值，从而使得湍流带来的散斑影响最小化。

或者，也可以将N个光发射单元中多个相邻的光发射单元作为一组，以组为单位调节一组光发射单元的光功率，即每次调节相邻两组光发射单元的光功率，从而加快调节的速率。

示例性地，将N个光发射单元分成G组，所述N个光发射单元由G组光发射单元组成。每组光发射单元可以对应一个光放大器。G组光发射单元中的每组包含的光发射单元的数量可以相同，也可以不同，对此不作限定。比如，可以将N个光发射单元平均分成G组，每组包含相邻的光发射单元，且数量相同。又比如，可以将N个光发射单元分成G组，每组包含相邻的光发射单元可以部分相同部分不同，或者，可以都不同。

可选地，所述光发射装置通过调节第h个光放大器的增益，以改变第g组光发射单元发出的光束的出光功率，并且，所述光发射装置通过调节第h+1个光放大器的增益，以改变第g+1个光发射单元发出的光束的出光功率，1≤h<H，1≤g<G。

也就是说，光发射装置依次对G组光发射单元的光功率进行调节。光发射装置对每组光发射单元的功率进行调节。示例性地，假设N个光发射单元划分为G组，组编号依次为1至g，以组编号为1的光发射单元为例，光发射装置调节1号组光发射单元对应的光放大器的增益，以控制1号组光发射单元的光功率增加，同时，调节2号组光发射单元对应的光放大器的增益，以控制2号组光发射单元的光功率减少相同的光功率。通过这样的调节，如果光接收装置的光功率增大，则增大1号组光发射单元的光功率，减少2号组光发射单元的光功率；反之增大2号组光发射单元的光功率，减少1号组光发射单元的光功率，直到光接收装置的光功率最大。光发射装置按照对组编号为1的光发射单元和组编号为2的光发射单元的调节方式，依次对组编号为2至g的光发射单元的光功率进行调节。

因此，通过实时调节每个光放大器的增益，实现对光发射单元的光功率的调节，以使得光接收装置的接收光功率最大，从而抑制散斑带来的影响。

可以理解，对于上面描述的光发射装置包括放大器的实现方式，光放大器不仅可以独立实施，也可以与上文方式1或方式2组合实施，对此不作限定。

作为一种实现方式，对于光发射装置调节光发射单元的出光角度的方式，还可以进一步在光发射装置中增加光放大器以调节增益，即光发射装置包括至少一个光放大器以及多个出光角度可调的光发射单元。当然，在该光发射装置中，一个光放大器可以与一个或多个出光角度可调节的光发射单元连接，对此不作具体限定。

作为另一种实现方式，对于光发射装置调节光发射单元的相位方式，还可以进一步在光发射装置中增加光放大器以调节增益，即光发射装置包括至少一个光放大器以及至少一个调相器光发射单元。当然，在该光发射装置中，一个光放大器可以与一个或多个调相器连接，对此不作具体限定。为了便于理解，图10示出了光发射装置的一个示例图。如图10所示，光发射装置202包括第一分光器221，多个放大器225，多个调相器224以及多个光发射单元222，还包括调节单元223，用于根据回传的光功率信息调节N个光发射单元发出的光束。其中，每个调相器分别通过光放大器连接到光发射单元。可以理解，图10中只是一种示例，并不对本申请实施例构成限定(比如，对光放大器的数量或位置不作具体限定)，事实上，光放大器也可以位于调相器前面，即通过第一分光器输出的光束先到达光放大器再到达调相器。

通过上述各种方式，光发射装置通过实时调节每个光发射单元的出光角度或相位(进一步地，还可以调节增益)，可以使到达光接收装置的光斑能量更集中，以使得光接收装置接收到的光功率始终保持较大值，有效解决散斑问题。

下面介绍应用于本申请实施例的出光角度可调的光发射单元。在本申请实施例中，涉及调节出光角度的实施例均可以采用下文介绍的出光角度可调的光发射单元。比如，上文方式1中可以采用出光角度可调的光发射单元。

可选地，出光角度可调的光发射单元可以包括驱动装置，尾纤及透镜。其中，所述驱动装置与所述尾纤连接，用于推动所述尾纤以改变所述尾纤的位置，以调整光发射单元的出光角度；所述尾纤输出的光束到达透镜；所述透镜用于对所述尾纤输出的光进行扩束。

本申请对光发射单元的出光角度如何偏转的具体实现方式不作限定。可选地，驱动装置可以通过机械驱动结构、电机、MEMS或压电结构等驱动装置推动或调整尾纤的位置，以实现出光角度的偏转，比较容易实现。比如，可以将光发射单元固定在一个角度可以二维转动的机械结构上，电机控制机械结构进行二维偏转，即可实现光发射单元的出光角度的二维偏转。可以理解，上述出光角度的偏转只是示例性地描述，并不构成限定，本领域技术人员也可以通过其他方式实现光发射单元的出光角度的偏转。

示例性地，假设驱动装置是压电驱动器，在本申请的方式1中，每个光发射单元可以由光纤(或称作尾纤)、压电驱动器和透镜组成。由光纤、压电驱动器和透镜组成的光发射单元，通过调节压电驱动器来移动光纤，可以使得光发射单元的光出射方向发生改变，即能够调节光发射单元的出光角度。若驱动装置采用压电驱动器，每个光反射单元可以包括至少三个压电驱动器，以实现在上、下、左、右四个方向推动光纤。

压电驱动器可以放置在光纤出光口附近，通过电压的变化可以控制压电驱动器推动光纤在垂直于透镜中轴线的平面内二维移动，这样，透镜整形后的空间光就可以实现二维的角度偏转。比如，压电驱动器紧贴尾纤，靠近尾纤的出光端面，用于推动尾纤以改变尾纤出光端面位置；透镜位于尾纤的出光端面方向，用于将所述尾纤输出的光进行扩束。

图11示出了由光纤、压电驱动器和透镜组成的光发射单元的工作原理示意图。光纤发出的光沿着平行于透镜中轴线的方向入射到透镜上，通过透镜整形，变成束腰大、传输距离远的空间光束。当光纤发出的光沿着透镜中轴线入射时，透镜整形后的空间光沿着中轴线方向发射；当光纤发出的光从透镜中轴线上方入射到透镜时，透镜整形后的空间光向下方偏转；当光纤发出的光从透镜中轴线下方入射到透镜时，透镜整形后的空间光向上方偏转。

本申请应用于空间光通信场景，通常光发射装置与光接收装置的距离比较遥远，光发射装置中的光发射单元的出光角度的调节范围需求小，精度要求高，而压电驱动器驱动力大，控制精确，能够满足光发射单元的需求。当然，除了压电驱动器以外，其他可以推动光纤在垂直于透镜中轴线的平面内二维移动的装置或元件也可以适用于本申请，对此不作具体限定。

图12示出了本申请的光通信系统的另一示例图。图12中的光发射单元与图5中的光发射单元的区别在于，每个光发射单元由光纤、压电驱动器和透镜组成。

可以理解，图5、图7、图9或图12中关于光通信系统的部分描述，可以参考前文图2中的相关描述，为了简洁，不再赘述。

图13是本申请提供的一种光通信方法的示意性流程图。该光通信方法可以由光收发装置或光发射装置或光通信系统执行。如图13所示，该光通信方法包括下列步骤。

S1、控制第一分光器将同一信号光传输到N个光发射单元，所述N个光发射单元将来自所述第一分光器的信号光输出为按照预设比例分布的光束，N为大于1的整数；

S2、接收回传的光功率信息；

S3、根据所述光功率信息，调节N个光发射单元发出的N份光束。

可选地，调节N个光发射单元发出的N份光束，包括：调节N个光发射单元发出的光束的出光角度。

可选地，所述调节N个光发射单元发出的N份光束，包括：调节N个光发射单元发出的光束的相位。

可选地，所述调节N个光发射单元发出的N份光束，还包括：调节N个光发射单元发出的光束的增益。

具体的调节方式可以参考前文描述，为了简洁，这里不作赘述。

本申请还提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行前文的光通信方法的指令。

应理解，本文中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的范围。

应理解，在本申请实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的保护范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。

当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。例如，计算机可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。关于计算机可读存储介质，可以参考上文描述。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求和说明书的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种光发射装置，其特征在于，包括：第一分光器，N个光发射单元，N为大于1的整数，以及调节单元；

所述第一分光器用于将同一信号光传输到所述N个光发射单元；

所述N个光发射单元用于将来自所述第一分光器的信号光输出为按照预设比例分布的光束；

所述调节单元用于根据回传的光功率信息调节所述N个光发射单元发出的光束。

2.根据权利要求1所述的光发射装置，其特征在于，所述第一分光器具体用于将所述信号光按照所述预设比例分成N份，传输到所述N个光发射单元，其中，所述预设比例根据所述预设模型确定。

3.根据权利要求1或2所述的光发射装置，其特征在于，所述调节N个光发射单元发出的光束具体包括：

所述调节单元调节所述N个光发射单元发出的光束的出光角度。

4.根据权利要求3所述的光发射装置，其特征在于，所述调节单元调节N个光发射单元发出的光束的出光角度，包括：

所述调节单元在第一方向调节第n个光发射单元的出光角度，并在第二方向调节所述第n个光发射单元的出光角度，1≤n<N，所述第一方向与所述第二方向垂直；

所述调节单元在第三方向调节第n+1个光发射单元的出光角度，并在第四方向调节所述第n+1个光发射单元的出光角度，所述第三方向与所述第四方向垂直。

5.根据权利要求3或4所述的光发射装置，其特征在于，所述N个光发射单元中的每个光发射单元包括：驱动装置，尾纤及透镜；

所述驱动装置与所述尾纤连接，用于推动所述尾纤来改变所述尾纤的位置，以调整光发射单元的出光角度；

所述尾纤输出的光束到达透镜；所述透镜用于对所述尾纤输出的光进行扩束。

6.根据权利要求1或2所述的光发射装置，其特征在于，所述光发射装置还包括L个调相器，每个调相器与至少一个光发射单元连接；

所述调节单元调节所述L个调相器，以改变所述N个光发射单元发出的光束的相位。

7.根据权利要求6所述的光发射装置，其特征在于，所述调节单元调节所述L个调相器，包括：

所述调节单元调节第l个调相器，以调整第n个光发射单元的光束的相位，1≤l≤L，1≤n≤N。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光发射装置，其特征在于，所述光发射装置还包括H个光放大器，每个光放大器与所述N个光发射单元中的一个或多个光发射单元连接；

其中，所述调节单元调节所述N个光发射单元发出的光束还包括：

所述调节单元调节所述H个光放大器的增益，以改变所述N个光发射单元发出的光束的出光功率。

9.根据权利要求8所述的光发射装置，其特征在于，所述调节单元调节所述H个光放大器的增益，包括：

所述调节单元调节第h个光放大器的增益，以改变第n个光发射单元发出的光束的出光功率，同时，所述调节单元用于调节第h+1个光放大器的增益，以改变第n+1个光发射单元发出的光束的出光功率，1≤h<H，1≤n<N。

10.一种光收发装置，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任一项所述的光发射装置，还包括：光接收装置，第二分光器，以及光探测器；其中：

所述光接收装置用于接收来自对端光收发装置发出的光束，并传输到所述第二分光器；

所述第二分光器用于对所述对端发出的光束进行分光，并将分光后的第一部分光束传输到所述光探测器；

所述光探测器用于检测所述第二分光器分出的第一部分光束的光功率，并向所述对端光收发装置回传光功率信息。

11.一种光通信系统，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任一项所述的光发射装置，还包括：光接收装置，第二分光器，以及光探测器；

所述光接收装置用于接收所述光发射装置发出的光束，并将所述光束传输到所述第二分光器；

所述第二分光器用于对所述光束进行分光，并将分光后的第一部分光束传输到所述光探测器；

所述光探测器用于检测所述第二分光器分出的第一部分光束的光功率，并向所述光发射装置回传光功率信息。

12.一种光通信方法，其特征在于，包括：

控制第一分光器将同一信号光传输到N个光发射单元，所述N个光发射单元将来自所述第一分光器的信号光输出为按照预设比例分布的光束，N为大于1的整数；

接收回传的光功率信息；

根据所述光功率信息，调节N个光发射单元发出的N份光束。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调节N个光发射单元发出的N份光束，包括：调节所述N个光发射单元发出的光束的出光角度。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调节N个光发射单元发出的N份光束，包括：调节所述N个光发射单元发出的光束的相位。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述调节N个光发射单元发出的N份光束，还包括：调节所述N个光发射单元发出的光束的增益。

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