CN114745058A - 一种多元共形阵列的激光通信装置及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多元共形阵列的激光通信装置及通信方法，多元共形阵列的激光通信装置包括：光场控制模块和收发透镜模块；光场控制模块和收发透镜模块连接；光场控制模块用于接收多束不同方向的入射光后，对多束入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的入射光发送至收发透镜模块，收发透镜模块用于对经过调整反射角度后的入射光进行耦合，并将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。本发明通过光场控制模块分别对多束不同方向的入射光的反射角度进行自动调整，并通过收发透镜模块对入射光依次进行耦合和转换得到多束光纤光，能够高效地实现灵活收发多束光，还能够各自形成多个共形阵列，有效地增加天线增益。

Description

一种多元共形阵列的激光通信装置及通信方法

技术领域

本发明涉及空间激光通信技术领域，特别涉及一种多元共形阵列的激光通信装置及通信方法。

背景技术

空间激光通信技术具有传输速率快、通信容量大、保密性好、抗干扰能力强等特点，近年来成为世界各国通信领域研究热点之一。目前空间激光通信主要集中在点对点激光通信研究，但是随着空间信息网络的快速发展，空间激光通信组网的需求日益迫切，多光束同时收发的激光通信天线具有重要的实际应用价值。

对于空间激光通信技术的研究，国内外报道主要集中在针对空间激光通信组网技术的网络层理论和仿真研究，而针对多光束同时收发的激光通信天线研究很少，，现有关于激光通信组网天线的设计方案都是多路收发阵列基于单个同一望远镜实现的，这种集中式架构本质上存在灵活性差、视场较小的劣势，不能应用于大规模卫星组网场景，在技术上存在限制，不具备广泛的应用性和实施性。还有一种方法是采用多反射镜拼接和卡塞格林缩束系统实现多点激光通信的方案，该种方案是共缩束系统，存在能量利用率低、跟踪精度低的问题，导致难以实现较远距离的激光传输。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多元共形阵列的激光通信装置及通信方法，旨在解决现有技术中实现多点激光通信时收发效率低下以及无法灵活收发多束光的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种多元共形阵列的激光通信装置，包括：光场控制模块和收发透镜模块；所述光场控制模块和所述收发透镜模块连接；所述光场控制模块用于接收多束不同方向的入射光后，对多束所述入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的所述入射光发送至所述收发透镜模块，所述收发透镜模块用于对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合，并将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。

所述多元共形阵列的激光通信装置中，所述光场控制模块包括：N个高精度位移执行器、N个反射镜组、高精度控制器以及第一安装组件；所述高精度控制器与每一个所述反射镜组连接，每一个所述高精度位移执行器设置在每一个所述反射镜组上，所有所述高精度位移执行器和所述反射镜组均设置在所述第一安装组件上；所述高精度控制器用于根据多束不同方向的入射光的入射角度，相应地生成不同的位移控制信号至对应的所述高精度位移执行器，所述高精度位移执行器用于根据所述位移控制信号控制对应的所述反射镜组进行不同的角度调整，所述反射镜组用于接收所述入射光，并反射所述入射光，使所述入射光按预定路线进入所述收发透镜模块，所述第一安装组件用于固定所述反射镜组和所述高精度位移执行器。

所述多元共形阵列的激光通信装置中，所述收发透镜模块包括：第二安装组件、N个耦合透镜、N个耦合镜筒、N个光纤座以及N个光纤；每一个所述耦合透镜设置在每一个所述耦合镜筒内，每一个所述光纤座设置在每一个所述耦合镜筒尾部，每一个所述光纤设置在每一个所述光纤座上，所述耦合镜筒均设置在所述第二安装组件上；所述耦合透镜用于对所述入射光进行耦合，并将耦合后的入射光传输至所述光纤，所述耦合镜筒用于装载所述耦合透镜和所述光纤座，所述光纤座用于固定安装所述光纤，所述光纤用于将耦合后的入射光转换为所述光纤光。

所述多元共形阵列的激光通信装置中，所述光场控制模块设置在所述收发透镜模块上方，并呈左下到右上的方向上斜45°布置。

所述多元共形阵列的激光通信装置中，每一个所述高精度控制器独立控制对应连接的所述高精度位移执行器。

所述多元共形阵列的激光通信装置中，所述第一安装组件为光场阵列安装组件。

所述多元共形阵列的激光通信装置中，所述第二安装组件为收发透镜阵列安装组件。

所述多元共形阵列的激光通信装置中，所述第一安装组件与所述第二安装组件固定连接。

一种基于如上所述的多元共形阵列的激光通信装置的多元共形阵列的激光通信方法，所述多元共形阵列的激光通信方法包括以下步骤：

通过所述光场控制模块接收多束不同方向的入射光后，对多束所述入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的所述入射光发送至所述收发透镜模块；

通过所述收发透镜模块对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合，得到耦合后的所述入射光；

通过所述收发透镜模块将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。

所述多元共形阵列的激光通信方法中，所述通过所述光场控制模块接收多束不同方向的入射光后，对多束所述入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的所述入射光发送至所述收发透镜模块，具体包括：

高精度控制器根据不同方向的所述入射光的入射角度，分别控制对应的高精度位移执行器进行移动；

所述高精度位移执行器分别调整对应的反射镜组的角度；

调整对应角度后的所述反射镜组形成各自的共形阵列，所述共形阵列接收不同方向的所述入射光，并将不同方向的所述入射光按照预定路线发送至对应的耦合透镜。

所述多元共形阵列的激光通信方法中，所述通过所述收发透镜模块对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合，得到耦合后的所述入射光，具体包括：

所述耦合透镜对调整角度后的所述入射光进行耦合，并将经耦合后的所述入射光发送至光纤。

所述多元共形阵列的激光通信方法中，所述通过所述收发透镜模块将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光，具体包括：

所述光纤将经耦合后的所述入射光转换为光纤光。

所述多元共形阵列的激光通信方法中，所述预定路线指垂直于所述耦合透镜的方向。

相较于现有技术，本发明提供的一种多元共形阵列的激光通信装置及通信方法，多元共形阵列的激光通信装置包括：光场控制模块和收发透镜模块；光场控制模块和收发透镜模块连接；光场控制模块用于接收多束不同方向的入射光后，对多束入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的入射光发送至收发透镜模块，收发透镜模块用于对经过调整反射角度后的入射光进行耦合，并将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。本发明通过光场控制模块分别对多束不同方向的入射光的反射角度进行自动调整，并通过收发透镜模块对入射光依次进行耦合和转换得到多束光纤光，从而能够高效地实现灵活收发多束光，有效地提升了多束光的收发效率，还能够各自形成多个共形阵列，有效地增加了天线增益。

附图说明

图1为本发明提供的多元共形阵列的激光通信装置的结构图；

图2为本发明提供的2×2共形阵列的激光通信装置的结构实图；

图3为本发明提供的2×2共形阵列的激光通信装置接收单束入射光的示意图；

图4为本发明提供的2×2共形阵列的激光通信装置接收多束同一方向的入射光的示意图；

图5为本发明提供的2×2共形阵列的激光通信装置接收多束不同方向的入射光的示意图；

图6为本发明提供的多元共形阵列的激光通信方法的步骤图；

图7为本发明提供的多元共形阵列的激光通信方法中步骤S100的步骤图。

附图标记：1：光场控制模块；2：收发透镜模块；1-1：高精度位移执行器；1-2：反射镜组；1-3：高精度控制器；1-4：第一安装组件；1-5：第一反射面型单元；1-6：第二反射面型单元；2-1：耦合透镜；2-2：耦合镜筒；2-3：光纤座；2-4：光纤；2-5：第二安装组件；2-6：第一透射面型阵列单元；2-7：第二透射面型阵列单元；4-1：第一入射光；4-2：第二入射光；5-1：第一反射光；5-2：第二反射光；6-1：第一光纤光；6-2：第二光纤光。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提供的一种多元共形阵列的激光通信装置及通信方法，通过所述光场控制模块接收多束不同方向的入射光后，分别对多束入射光的反射角度进行自动调整，并通过所述收发透镜模块对经调整角度后的所述入射光依次进行耦合和转换得到多束光纤光，从而能够高效地实现灵活收发多束光，有效地提升了多束光的收发效率，并且所述光场控制模块能够各自形成多个共形阵列，分别对应传输多束所述入射光，有效地增加了天线增益。

下面通过具体示例性的实施例对多元共形阵列的激光通信装置设计方案进行描述，需要说明的是，下列实施例只用于对发明的技术方案进行解释说明，并不做具体限定：

请参阅图1，本发明提供的一种多元共形阵列的激光通信装置，包括：光场控制模块1和收发透镜模块2；所述光场控制模块1和所述收发透镜模块2连接；所述光场控制模块1用于接收多束不同方向的入射光后，对多束所述入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的所述入射光发送至所述收发透镜模块2，所述收发透镜模块2用于对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合，并将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。其中，所述光场控制模块1设置在所述收发透镜模块2上方，并呈左下到右上的方向上斜45°布置，此处的45°角是具体如何倾斜的，以正视图为准，在此不做具体限定，也可以是呈左上到右下的方向上斜45°布置，即刚好与之前的呈左下到右上的方向上斜45°布置的观察方向相反；每一个所述高精度控制器1-3独立控制对应连接的所述高精度位移执行器1-1。

具体地，当所述光场控制模块1执行单一任务时，即接收单束入射光或多束同一方向的入射光时，所述光场控制模块1根据单束所述入射光的入射角度，调整单束所述入射光的反射角度，使得经过调整反射角度后的所述入射光能够正常传输至所述收发透镜模块2，然后，所述收发透镜模块2对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合和转换得到单束光纤光，从而将单束所述入射光转换为单束所述光纤光，实现了单束空间光的接收，并且，在光场控制模块1中能够形成由多个反射镜组组成的一个共形矩阵(多个由反射镜组组成的相同的共形面)，从而能够对所述入射光进行增益后输出，有效地提升了整个装置的天线增益效果；最后则是由光处理相关模块进行通信的调制解调工作，根据光路可逆原理，发射单束或多束同一方向的空间光同理，以此构成双向全双工通信装置，其中本发明中的装置可以是天线，所述天线具有广域、同时、高效收发和灵活部署的特点，相比现有技术方案能够更好地适用于大规模节点天基组网应用需求。

当所述光场控制模块1执行多个任务时，即接收多束不同方向的入射光时，所述光场控制模块1根据多束所述入射光的入射角度，分别调整多束所述入射光的反射角度，使得经过调整反射角度后的多束不同方向的所述入射光均能够正常传输至所述收发透镜模块2，然后，同理所述收发透镜模块2对经过调整反射角度后的多束所述入射光进行耦合和转换得到多束光纤光，从而将多束不同方向的所述入射光转换为多束所述光纤光，实现了多束不同方向的空间光的接收，在光场控制模块1中能够形成由多个反射镜组组成的各自的共形矩阵(多个由反射镜组组成的不同的共形面)，从而能够对所述入射光进行增益后输出，有效地提升了整个装置的天线增益效果；最后则同样是由光处理相关模块进行通信的调制解调工作，根据光路可逆原理，发射多束不同方向的空间光同理，以此构成双向全双工通信装置。

本发明中通过所述光场控制模块1对单束入射光、多束同一方向的入射光或多束不同方向的入射光进行反射角度调整，使得入射光均能够正常传输至所述收发透镜模块2，并通过所述收发透镜模块2对经过角度调整后的入射光进行耦合和转换，最终转换为所述光纤光，高效地实现了将单束同一方向的入射光或多束不同方向的入射光相应地转换为单束光纤光或多束光纤光，能够更加灵活地收发多束空间光，提高了多束空间光的收发效率，并且通过形成共形矩阵，提高了所述入射光的增益，根据光路可逆原理，在对发射光同样能够提高多束空间光的发送效率，提升对所述发射光的增益。

进一步地，所述光场控制模块1包括：N个高精度位移执行器1-1、N个反射镜组1-2、高精度控制器1-3以及第一安装组件1-4；所述高精度控制器1-3与每一个所述反射镜组连接，每一个所述高精度位移执行器1-1设置在每一个所述反射镜组1-2上，所述高精度位移执行器1-1和所述反射镜组1-2均设置在所述第一安装组件1-4上；所述高精度控制器1-3用于根据多束不同方向的入射光的入射角度，相应地生成不同的位移控制信号至对应的所述高精度位移执行器1-1，所述高精度位移执行器1-1用于根据所述位移控制信号控制对应的所述反射镜组1-2进行不同的角度调整，所述反射镜组1-2用于接收所述入射光，并反射所述入射光，使其能按预定路线(垂直于所述收发透镜模块2的方向)进入所述收发透镜模块2，所述第一安装组件1-4用于固定所述反射镜组1-2和所述高精度位移执行器1-1。其中，所述第一安装组件1-4为光场阵列安装组件，用于固定安装所述高精度位移执行器1-1，并稳定所述反射镜组1-2；N为大于等于1的正整数。

具体地，当N个反射镜组1-2中的任一个所述反射镜组1-2接收单束入射光时，所述高精度控制器1-3根据单束所述入射光的入射角度，控制与该单个所述反射镜组1-2连接的所述高精度位移执行器1-1移动，以调整单个所述反射镜组1-2的角度，使得所述入射光能够按照预定路线传输到所述收发透镜模块2中，以便所述收发透镜模块2进行下一步操作。

若N个所述反射镜组1-2中的Q个所述反射镜组1-2接收多束同一方向的入射光时，同理，所述高精度控制器1-3根据多束同一方向的所述入射光的入射角度，分别控制与该Q个所述反射镜组1-2相应连接的Q个所述高精度位移执行器1-1进行同样的移动，以调整Q个所述反射镜组1-2调节为同样的角度，形成第一反射面型单元1-5，使得所述入射光经过了所述反射面型单元的共形反射后，能够垂直传输到所述收发透镜模块2中，以便所述收发透镜模块2进行下一步操作。其中，Q为小于等于N的正整数。

当N个所述反射镜组1-2接收多束不同方向的入射光时，以两束空间光i和j为例，若P个所述反射镜组1-2接收入射光i以及Q个反射镜组1-2接收入射光j，同样的，所述高精度控制器1-3根据所述入射光i和所述入射光j的入射角度，控制与该P个所述反射镜组1-2相应连接的P个所述高精度位移执行器1-1进行相应地移动，同时控制与该Q个所述反射镜组1-2相应连接的Q个所述高精度位移执行器1-1进行相应地移动，以分别调整P个所述反射镜组1-2和Q个所述反射镜组1-2调节为相应的角度，使得P个所述反射镜组1-2形成第一反射面型单元1-5将所述入射光i正常传输到所述收发透镜模块2中，以及使得Q个所述反射镜组1-2形成第二反射面型单元1-6将所述入射光j正常传输到所述收发透镜模块2中，以便所述收发透镜模块2进行下一步操作。其中，所述P和Q均为小于等于N的正整数，且P加Q小于等于N。

本发明中通过采用多个所述反射镜组1-2接收多束同一方向的入射光，并经过对多个所述反射镜组1-2进行同样的角度调节后，使得多个反射镜组1-2形成反射面型单元，共同将多束同一方向的所述入射光进行传输，由于形成了反射面型单元具有更大的等效反射口径，提高了接收能量的能力，同理也提高了发送能量的能力，即有效地提高了天线的增益效果。

并且，由于所述高精度控制器1-3能够对每一个所述高精度位移执行器1-1形成精准地独立控制，进而对每一个所述反射镜组1-2形成精准地独立控制，所以通过多个所述反射镜组1-2接收多束不同方向的入射光，并经过分别对多个所述反射镜组1-2进行相应的角度调节，使得多个反射镜组1-2形成相应不同角度的反射面型单元，将相应的所述入射光进行传输，从而实现了灵活地根据不同的任务，即根据多束不同方向的所述入射光，调用不同数量的所述反射镜组1-2，并分别调节对应所述反射镜组1-2的角度，使得多束不同方向的所述入射光按照预定路线接收，即实现了在灵活地对多束不同方向的所述入射光进行收发的基础上，进一步地提高了天线的增益效果，同理发送所述发射光也一样。

进一步地，所述收发透镜模块2包括：第二安装组件2-5、N个耦合透镜2-1、N个耦合镜筒2-2、N个光纤座2-3以及N个光纤2-4；每一个所述耦合透镜2-1设置在每一个所述耦合镜筒2-2内，每一个所述光纤座2-3设置在每一个所述耦合镜筒2-2尾部，每一个所述光纤2-4设置在每一个所述光纤座2-3上，所述耦合镜筒2-2均设置在所述第二安装组件2-5上；所述耦合透镜2-1用于对所述入射光进行耦合，并将耦合后的入射光传输至所述光纤2-4，所述耦合镜筒2-2用于装载所述耦合透镜2-1和所述光纤座2-3，所述光纤座2-3用于固定安装所述光纤2-4，所述光纤2-4用于将耦合后的入射光转换为所述光纤光。其中，所述反射镜组1-2的尺寸需要与所述耦合透镜2-1的尺寸匹配，是指尺寸大小一样，以便经过调整反射角度后所述入射光能够最大的被所述耦合透镜2-1接收；所述预定路线指垂直于所述耦合透镜2-1的方向；所述第二安装组件2-5为收发透镜阵列安装组件，用于固定安装所述耦合镜筒2-2；所述第一安装组件1-4与所述第二安装组件2-5固定连接；所述反射镜组1-2设置在所述耦合透镜2-1上方，并且所述反射镜组1-2所在的平面与所述耦合透镜2-1所在的平面呈左下到右上的方向上斜45°，具体可见图2。

具体地，在N个反射镜组1-2中的任一个所述反射镜组1-2接收单束入射光的过程中，当所述高精度控制器1-3根据单束所述入射光的入射角度，控制与该单个所述反射镜组1-2连接的所述高精度位移执行器1-1移动后，所述反射镜组1-2将所述入射光按照垂直于所述耦合透镜2-1的方向发送到与该单个所述反射镜组1-2连接的所述耦合透镜2-1，然后，所述耦合透镜2-1对所述入射光进行耦合，并将耦合后的所述入射光发送至与所述耦合透镜2-1对应连接的所述光纤2-4中，再由所述光纤2-4将单束所述入射光转换为所述光纤光，最后，则是由光处理相关模块进行通信的调制解调工作。并且根据光路可逆原理，发射单束空间光同理，以此构成双向全双工通信装置。

在N个所述反射镜组1-2中的Q个所述反射镜组1-2接收多束同一方向的入射光的过程中，当Q个所述反射镜组1-2组成反射面型单元后，由该Q个所述反射镜组1-2组成的反射面型单元将多束同一方向的所述入射光，按照垂直于所述耦合透镜2-1的方向发送到与该Q个所述反射镜组1-2对应连接的Q个所述耦合透镜2-1，然后，每一个所述耦合透镜2-1对所述入射光进行耦合，并将经过耦合后的所述入射光发送至与所述耦合透镜2-1对应连接的Q个所述光纤2-4中，再由Q个所述光纤2-4将多束同一方向的所述入射光转换为Q束所述光纤光，最后，同样地由光处理相关模块进行通信的调制解调工作。并且根据光路可逆原理，发射多束同一方向的空间光同理，以此构成双向全双工通信装置。

在P个所述反射镜组1-2接收入射光i以及Q个反射镜组1-2接收入射光j的过程中，当P个所述反射镜组1-2和Q个所述反射镜组1-2分别形成两个不同的反射面型单元后，由P个所述反射镜组1-2组成的反射面型单元将所述入射光i按照垂直于所述耦合透镜2-1的方向发送到与该P个所述反射镜组1-2对应连接的P个所述耦合透镜2-1，同时由Q个所述反射镜组1-2组成的反射面型单元将所述入射光j按照垂直于所述耦合透镜2-1的方向发送到与该Q个所述反射镜组1-2对应连接的Q个所述耦合透镜2-1，然后，P个所述耦合透镜2-1和Q个所述反射镜组1-2分别对所述入射光i和所述入射光j进行耦合，并将经过耦合后的所述入射光i和经过耦合后的入射光j分别发送至与对应连接的P个所述光纤2-4和Q个所述光纤2-4中，再由P个所述光纤2-4将所述入射光i转换为P束所述光纤光，并由Q个所述光纤2-4将所述入射光j转换为Q束所述光纤光，最后，同样地由光处理相关模块进行通信的调制解调工作。并且根据光路可逆原理，发射多束不同方向的空间光同理，以此构成双向全双工通信装置。

本发明中在采用Q个所述反射镜接收多束同一方向的入射光后，通过采用对应连接的Q个所述耦合透镜2-1对多束同一方向的所述入射光进行耦合后，传输至对应连接的Q个光纤2-4中，从而实现了对多束同一方向的所述入射光进行分别准直，并分别聚焦到光纤2-4内，有效提高了多束同一方向的空间光到光纤光进行耦合的效率。

并且，在采用P个所述反射镜组1-2接收入射光i以及Q个反射镜组1-2接收入射光j后，通过采用对应连接的P个所述耦合透镜2-1对所述入射光i进行耦合后，传输至对应连接的P个光纤2-4中，同时，通过采用对应连接的Q个所述耦合透镜2-1对所述入射光j进行耦合后，传输至对应连接的Q个光纤2-4中，最后由P个所述光纤2-4将所述入射光i转换为P束所述光纤光，同时由Q个所述光纤2-4将所述入射光j转换为Q束所述光纤光，从而实现了对多束不同方向的所述入射光分别进行准直，并分别聚焦到光纤2-4内，有效地提高了多束不同方向的空间光到光纤光耦合的效率。

为了更好的理解本发明，本实施例以2×2共形阵列的激光通信装置(多元共形阵列天线)为例，具体结构示意图如图2所示，对本发明的多元共形阵列的激光通信装置的工作原理进行详细的说明：

值得注意的是本发明包括但不仅限于2×2阵列，天线可以根据实际任务需求设置阵列规模，可扩展为2×2、4×4、8×8...N×N。

请参阅图3，由4个反射镜组1-2中的任一个所述反射镜组1-2接收单束第一入射光4-1时，所述高精度控制器1-3控制与该单个所述反射镜组1-2对应连接的所述高精度位移执行器1-1移动，以对单个所述反射镜组1-2进行角度调整，然后，所述第一入射光4-1经调整角度后的所述反射镜组1-2反射得到单束第一反射光5-1，所述反射镜组1-2控制所述第一反射光5-1按垂直于所述耦合透镜2-1的方向发送到与该单个所述反射镜组1-2连接的所述耦合透镜2-1，接着，所述耦合透镜2-1对所述第一反射光5-1进行耦合，并且，由与所述耦合透镜2-1对应连接的所述耦合镜筒2-2控制所述第一反射光5-1沿光轴耦合至与所述耦合镜筒2-2对应连接的所述光纤2-4中，再由所述光纤2-4将所述第一入射光4-1转换为所述光纤光，最后，则是由光处理相关模块进行通信的调制解调工作。并且根据光路可逆原理，发射单束空间光同理，以此构成双向全双工通信装置。

请参阅图4，若4个所述反射镜组1-2中的2个所述反射镜组1-2接收多束同一方向的第一入射光4-1时，同理，所述高精度控制器1-3控制与该2个所述反射镜组1-2对应连接的2个所述高精度位移执行器1-1进行相同移动，以调整2个所述反射镜组1-2具有相同的角度，形成第一反射面型单元1-5，然后，所述第一入射光4-1经所述第一反射面型单元1-5共形反射得到多束同一方向的第一反射光5-1，所述反射面型单元控制所述第一反射光5-1按垂直于所述耦合透镜2-1的方向对应发送到与该2个所述反射镜组1-2分别连接的2个所述耦合透镜2-1，接着，所述耦合透镜2-1对所述第一反射光5-1进行耦合，并且，由与2个所述耦合透镜2-1对应连接的2个所述耦合镜筒2-2控制所述第一反射光5-1沿光轴分别耦合至与所述耦合镜筒2-2对应连接的所述光纤2-4中，再由2个所述光纤2-4分别将所述第一入射光4-1转换为多束第一光纤光6-1，最后，则是由光处理相关模块进行通信的调制解调工作。并且根据光路可逆原理，发射多束同一方向的空间光同理，以此构成双向全双工通信装置。

请参阅图5，若4个所述反射镜组1-2中的2个所述反射镜组1-2接收第一入射光4-1，另外2个所述反射镜组1-2接收其他方向的第二入射光4-2时，此时，所述高精度控制器1-3根据所述第一入射光4-1的入射角度和所述第二入射光4-2的入射角度，控制与其中2个所述反射镜组1-2相应连接的所述高精度位移执行器1-1分别进行相应地移动，以调整该2个所述反射镜组1-2具有相同的角度，形成第一反射面型单元1-5，同时，控制与另外2个所述反射镜组1-2相应连接的所述高精度位移执行器1-1分别进行相应地移动，以调整另外2个所述反射镜组1-2同样具有相同的角度，形成第二反射面型单元1-6；然后，所述第一入射光4-1经所述反射面型单元1-4共形反射得到多束同一方向的第一反射光5-1，所述第一反射面型单元1-5控制所述第一反射光5-1按垂直于所述耦合透镜2-1的方向对应发送到与其中2个所述反射镜组1-2分别连接的其中2个所述耦合透镜2-1，同时，所述第二入射光4-2经所述第二反射面型单元1-6共形反射得到多束同一方向的第二反射光5-2，所述第二反射面型单元1-6控制所述第二反射光5-2按垂直于所述耦合透镜2-1的方向对应发送到与另外2个所述反射镜组1-2分别连接的另外2个所述耦合透镜2-1；

接着，其中2个所述耦合透镜2-1对所述第一反射光5-1进行耦合，并且，由与其中2个所述耦合透镜2-1对应连接的其中2个所述耦合镜筒2-2控制所述第一反射光5-1沿光轴分别耦合至与其中2个所述耦合镜筒2-2对应连接的其中2个所述光纤2-4中，此时，其中2个所述耦合镜筒2-2构成第一透射面型阵列单元2-6，同时，另外2个所述耦合透镜2-1对所述第二反射光5-2进行耦合，并且，由与另外2个所述耦合透镜2-1对应连接的另外2个所述耦合镜筒2-2控制所述第二反射光5-2沿光轴分别耦合至与另外2个所述耦合镜筒2-2对应连接的另外2个所述光纤2-4中此时，另外2个所述耦合镜筒2-2构成第二透射面型阵列单元2-7；最后，由其中2个所述光纤2-4分别将所述第一反射光5-1转换为多束第一光纤光后，再由光处理相关模块进行通信的调制解调工作，同时，由另外2个所述光纤2-4分别将所述第二反射光5-2转换为多束第二光纤光后，再由光处理相关模块进行通信的调制解调工作。并且根据光路可逆原理，发射多束不同方向的空间光同理，以此构成双向全双工通信装置。

其中，此时，P＝2，Q＝2，入射光i即为第一入射光4-1，入射光j即为第二入射光4-2，P束所述光纤光为第一光纤光，Q束所述光纤光为第二光纤光。

进一步地，请参阅图6，本发明提供的一种基于如上所述的多元共形阵列的激光通信装置的多元共形阵列的激光通信方法，所述多元共形阵列的激光通信方法包括以下步骤：

S100、所述光场控制模块1接收多束不同方向的入射光后，对多束所述入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的所述入射光发送至所述收发透镜模块2；

具体地，所述光场控制模块1接收多束不同方向的入射光后，根据多束所述入射光的入射角度分别调整其反射角度，使得所述入射光经所述光场控制模块1的反射后得到所述反射光(经过调整反射角度后的所述入射光)，并控制所述反射光按照预定的路线发射至所述收发透镜模块2，从而实现了通过改变多束不同方向的所述入射光的反射角度，将多束不同方向的入射光同一反射方向后集中到所述收发透镜模块2进行处理，实现了对多束空间光的灵活处理。

进一步地，请参阅图7，步骤S100具体包括：

S110、高精度控制器1-3根据不同方向的所述入射光的入射角度，分别控制对应的高精度位移执行器1-1进行移动；

S120、所述高精度位移执行器1-1分别调整对应的反射镜组1-2的角度；

S130、调整角度后的所述反射镜组1-2形成各自的共形阵列，所述共形阵列接收不同方向的所述入射光，并将不同方向的所述入射光按照预定路线发送至对应的耦合透镜2-1。

具体地，若多个所述反射镜组1-2接收多束不同方向的入射光线时，首先由高精度控制器1-3根据多束不同方向的所述入射光的入射角度，分别控制与多个所述反射镜组1-2对应连接的高精度位移执行器1-1进行相应地移动，从而分别调整了对应的反射镜组1-2的角度，然后，经过调整对应角度后的所述反射镜组1-2形成各自的共形阵列，多个所述共形阵列再接收多束不同方向的所述入射光，得到多束同一方向(垂直于所述耦合透镜2-1的方向)的所述反射光，并将多束发送至对应的耦合透镜2-1，从而实现了根据多数不同方向的入射光线的入射角度，分别对应调整其的反射角度后，得到同一方向的所述反射光，即实现了灵活地对多束不同方向的空间光的反射角度分别进行调整；并且多个反射镜组1-2可以经过分别控制形成多个不同的同一面型，即形成多个不同的所述共形矩阵，有效地增加了所述天线的增益。

请继续参阅图6，S200、所述收发透镜模块2对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合，得到耦合后的所述入射光；

具体地，为了减少所述入射光之间在传播时的相互影响，需要进行耦合处理，即多束同一方向的所述发射光经过相应数量的所述耦合透镜2-1的处理，得到多束准直的所述反射光，也即得到更加平行传播的所述反射光。

进一步地，步骤S200，具体包括：

S210、所述耦合透镜2-1对调整角度后的所述入射光进行耦合，并将经耦合后的所述入射光发送至光纤2-4。

具体地，当多束同一方向的所述反射光传输至相应的所述耦合透镜2-1后，每一个所述耦合透镜2-1对每一束所述反射光进行耦合处理，得到准直的所述反射光，也即经耦合后的所述入射光，然后，所述耦合透镜2-1将经耦合后的所述入射光发送至相应个数的所述光纤2-4，从而实现了将同一方向的所述反射光处理成多束准直的所述反射光，有效地减少了多束所述反射光在进行传播时相互之间的影响。

请继续参阅图6，S300、所述收发透镜模块2将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。

具体地，在得到多束准直的所述反射光后，即在得到多束经耦合后的所述入射光后，对其进行转换处理，得到多束所述光纤光，以便所述光纤光能在光纤2-4中传播，可以有效减少空间光的传输损耗。

进一步地，步骤S300，具体包括：

S310、所述光纤2-4将经耦合后的所述入射光转换为光纤光。

具体地，当相应个数的所述耦合透镜2-1对多束同一方向的所述反射光进行耦合处理后，所述耦合透镜2-1将经耦合后的所述入射光发送至相应个数的所述光纤2-4，所述光纤2-4对将经耦合后的所述入射光转换为多束所述光纤光，从而高效地实现了将多束所述空间光转换为多束所述光纤光，以便所述光纤光能够在光纤2-4中传播，有效地减少了所述空间光的传播损耗。

综上所述，本发明提供的一种多元共形阵列的激光通信装置及通信方法，多元共形阵列的激光通信装置包括：光场控制模块和收发透镜模块；光场控制模块和收发透镜模块连接；光场控制模块用于接收多束不同方向的入射光后，对多束入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的入射光发送至收发透镜模块，收发透镜模块用于对经过调整反射角度后的入射光进行耦合，并将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。本发明通过光场控制模块分别对多束不同方向的入射光的反射角度进行自动调整，并通过收发透镜模块对入射光依次进行耦合和转换得到多束光纤光，从而能够高效地实现灵活收发多束光，有效地提升了多束光的收发效率，还能够各自形成多个共形阵列，有效地增加了天线增益。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种多元共形阵列的激光通信装置，其特征在于，包括：光场控制模块和收发透镜模块；所述光场控制模块和所述收发透镜模块连接；

所述光场控制模块用于接收多束不同方向的入射光后，对多束所述入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的所述入射光发送至所述收发透镜模块；

所述收发透镜模块用于对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合，并将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。

2.根据权利要求1所述的多元共形阵列的激光通信装置，其特征在于，所述光场控制模块包括：N个高精度位移执行器、N个反射镜组、高精度控制器以及第一安装组件；

所述高精度控制器与每一个所述反射镜组连接，每一个所述高精度位移执行器设置在每一个所述反射镜组上，所有所述高精度位移执行器和所述反射镜组均设置在所述第一安装组件上；

所述高精度控制器用于根据多束不同方向的入射光的入射角度，相应地生成不同的位移控制信号至对应的所述高精度位移执行器；

所述高精度位移执行器用于根据所述位移控制信号控制对应的所述反射镜组进行不同的角度调整；

所述反射镜组用于接收所述入射光，并反射所述入射光，使所述入射光按预定路线进入所述收发透镜模块；

所述第一安装组件用于固定所述反射镜组和所述高精度位移执行器。

3.根据权利要求2所述的多元共形阵列的激光通信装置，其特征在于，所述收发透镜模块包括：N个耦合透镜、N个耦合镜筒、N个光纤座、N个光纤以及第二安装组件；

每一个所述耦合透镜设置在每一个所述耦合镜筒内，每一个所述光纤座设置在每一个所述耦合镜筒尾部，每一个所述光纤设置在每一个所述光纤座上，所述耦合镜筒均设置在所述第二安装组件上；

所述耦合透镜用于对所述入射光进行耦合，并将耦合后的入射光传输至所述光纤；

所述耦合镜筒用于装载所述耦合透镜和所述光纤座；

所述光纤座用于固定安装所述光纤；

所述光纤用于将耦合后的入射光转换为所述光纤光。

4.根据权利要求3所述的多元共形阵列的激光通信装置，其特征在于，所述光场控制模块设置在所述收发透镜模块上方，并呈左下到右上的方向上斜45°布置。

5.根据权利要求2所述的多元共形阵列的激光通信装置，其特征在于，每一个所述高精度控制器独立控制对应连接的所述高精度位移执行器。

6.根据权利要求2所述的多元共形阵列的激光通信装置，其特征在于，所述第一安装组件为光场阵列安装组件。

7.根据权利要求3所述的多元共形阵列的激光通信装置，其特征在于，所述第二安装组件为收发透镜阵列安装组件。

8.根据权利要求3所述的多元共形阵列的激光通信装置，其特征在于，所述第一安装组件与所述第二安装组件固定连接。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的多元共形阵列的激光通信装置的多元共形阵列的激光通信方法，其特征在于，所述多元共形阵列的激光通信方法包括以下步骤：

所述光场控制模块接收多束不同方向的入射光后，对多束所述入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的所述入射光发送至所述收发透镜模块；

所述收发透镜模块对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合，得到耦合后的所述入射光；

所述收发透镜模块将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光。

10.根据权利要求9所述的多元共形阵列的激光通信方法，其特征在于，所述通过所述光场控制模块接收多束不同方向的入射光后，对多束所述入射光的反射角度分别进行调整，并将经过调整反射角度后的所述入射光发送至所述收发透镜模块，具体包括：

高精度控制器根据不同方向的所述入射光的入射角度，分别控制对应的高精度位移执行器进行移动；

所述高精度位移执行器分别调整对应的反射镜组的角度；

调整对应角度后的所述反射镜组形成各自的共形阵列，所述共形阵列接收不同方向的所述入射光，并将不同方向的所述入射光按照预定路线发送至对应的耦合透镜。

11.根据权利要求10所述的多元共形阵列的激光通信方法，其特征在于，所述通过所述收发透镜模块对经过调整反射角度后的所述入射光进行耦合，得到耦合后的所述入射光，具体包括：

所述耦合透镜对调整角度后的所述入射光进行耦合，并将经耦合后的所述入射光发送至光纤。

12.根据权利要求11所述的多元共形阵列的激光通信方法，其特征在于，所述通过所述收发透镜模块将经过耦合后的多束所述入射光转换为多束光纤光，具体包括：

所述光纤将经耦合后的所述入射光转换为光纤光。

13.根据权利要求10所述的多元共形阵列的激光通信方法，其特征在于，所述预定路线指垂直于所述耦合透镜的方向。

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