CN114826399B - 一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统，包括通信光源、偏振控制器、偏振调制器、四分之一波片、收发共用天线、偏振分光棱镜、空间光调制器、数据处理模块、差分平衡探测器等组成光源空间相干度可自适应控制的圆偏振移位键控光通信系统。根据推导的基于部分相干光的偏振移位键控光通信系统模型，构建以接收光强均值和方差为反馈量的闭环控制系统，实现光源空间相干度的自适应最优控制，克服大气湍流造成的光强闪烁效应，实现圆偏振移位键控光通信系统性能的提高，从而提高恶劣湍流环境下的系统可通率和可靠性。

Description

一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统

技术领域

本发明属于空间激光通信技术领域，特别是涉及一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统。

背景技术

空间激光通信是利用激光作为载体来进行信息数据的传输。在地面水平和星地通信链路中由于大气湍流的存在，造成接收信号光的光强闪烁和相位起伏等一系列大气湍流效应，严重影响系统通信性能。其中应用部分空间相干光作为空间光通信系统光源是最为简单且成本最低的一种方式。偏振移位键控是利用激光的偏振态来编码，比开关键控调制方式有3dB的性能优势，能有效提升大气湍流环境下的光通信系统性能。

发明内容

为解决现有技术提出的上述问题，本发明提出一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统，其利用基于部分相干光的偏振移位键控光通信系统模型，对系统中的光源空间相干实现自适应反馈闭环控制，使其适用于圆偏振移位键控光通信系统，有效抑制大气湍流导致的接收光强闪烁问题，从而提高光通信系统性能。

本发明可通过以下技术方案予以解决：

一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统，包括收发共用的通信光源、偏振调制器、四分之一波片、收发共用光学天线、偏振分光棱镜、空间光调制器、数据处理模块和差分平衡探测模块；所述偏振调制器与空间光调制器分别与数据处理模块连接；

通信终端通过所述收发共用光学天线接收的信号光首先经所述四分之一波片将圆偏振光转化为线偏振光，再经光轴与所述四分之一波片一致的所述偏振分光棱镜，偏振方向相互垂直的两束线偏振光分别进入所述差分平衡探测模块中的两个探测传感器后，再经所述差分平衡探测模块中的差分电路，产生的电信号传输到所述数据处理模块后，实现电信号的解调和起伏统计。

进一步地，所述收发共用光学天线采用大口径的卡塞格林结构望远镜。

进一步地，接收信号光经所述四分之一波片转化后的线偏振光为+45°和-45°线偏振光，该线偏振光经过一分光片反射后，再发射到所述偏振分光棱镜。

进一步地，所述偏振方向相互垂直的两束线偏振光分别经过透镜组L1和透镜组L2被所述两个探测传感器接收，再经过所述差分电路输出电信号。

进一步地，经过所述差分电路输出的电信号，其中一路通过所述数据处理模块中的低通滤波电路，采集低频的信号起伏状态数据，经过所述数据处理模块中的信号处理器计算接收信号的平均值和方差，并通过对所述平均值和方差信号的信息进行编码给出所述偏振调制器的控制信号，将本终端接收信号的起伏状态信息调制到激光信号上，发送到所述通信终端。

进一步地，经过所述差分电路输出的电信号，另一路经过所述数据处理模块中的数据解调模块和数据提取模块，获得所述通信终端的平均值和方差数据，根据所述基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统模型，给出所述空间光调制器的最优控制信号，使通过所述空间光调制器的光束附加一个随机相位，从而实现光源空间相干度的自适应变化。

进一步地，所述收发共用的通信光源采用1550nm波长的不可见光，由光纤激光器产生，经过一准直透镜组L3后进入偏振控制器，生成与所述空间光调制器光轴方向一致的线偏振光，再经过所述空间光调制器生成部分相干光，经透镜组L4后，进入所述偏振调制器生成携带信号的部分相干的线偏振光，透过所述分光片经过所述四分之一波片转化为圆偏振光，最后经过所述收发共用光学天线发射给所述通信终端。

有益效果

本发明采用圆偏振移位键控/差分接收的调制解调方式来代替常规的开关键控/直接探测调制解调方式，能有效抑制共模噪声，降低大气湍流对光强信号起伏造成的影响；另一方面，可自适应控制光源空间相干度的光通信系统，进一步抑制了大气湍流对光强信号起伏的影响。本发明提出的基于光源空间相干度自适应控制的圆偏振移位键控光通信系统方案，大大提高了系统的通信性能，提高了系统在恶劣湍流环境中的可通率。

附图说明

图1为本发明结构示意图

具体实施方式

为了更清楚地描述本发明所提出的基于光源空间相干度可自适应控制的圆偏振移位键控光通信系统，本说明书将选取一个典型的实例对该系统的组成流程及实现方法进行详细说明。

如图1所示，本发明的一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统主要由：通信光源10、偏振控制器9、偏振调制器8、四分之一波片2、收发共用天线1、偏振分光棱镜4、空间光调制器7、数据处理模块6、差分平衡探测模块5等组成，其中，偏振调制器8与空间光调制器7分别与数据处理模块6连接。

收发共用天线1口径采用70mm主镜的卡塞格林结构，将接收的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光经过四分之一波片2后，分别转化为+45°和-45°线偏振光，经过分光片3反射后，经过偏振分光棱镜4，再分别经过透镜组L1和透镜组L2被探测传感器APD1和探测传感器APD2接收，再经过差分平衡探测模块5中的差分电路输出电信号。其中一路通过数据处理模块6中的低通滤波电路，采集低频的信号起伏状态数据，经过信号处理器计算接收信号的平均值和方差，并通过编码给出偏振调制器8的控制信号，将本终端接收信号的起伏状态信息调制到激光信号上，发送到通信终端。另一路经过数据解调模块和数据提取模块，获得通信终端的状态信息，根据基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统模型，给出空间光调制器的最优控制信号，使通过空间光调制器的光束附加一个随机相位，从而获得相应的光源空间相干度使圆偏振移位键控光通信系统的性能达到最优。

其中，通信光源采用1550nm波长的不可见光，可由光纤激光器10产生，经过准直透镜组L3后进入偏振控制器9，生成与空间光调制器7光轴方向一致的线偏振光，再经过空间光调制器7生成部分相干光，经透镜组L4后，进入偏振控制器9生成部分相干的线偏振光，透过分光片3经过四分之一波片2转化为圆偏振光，最后经过卡塞格林光学天线1发射给通信终端。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统，其特征在于，包括通信光源、偏振调制器、四分之一波片、收发共用光学天线、偏振分光棱镜、空间光调制器、数据处理模块和差分平衡探测模块；所述偏振调制器与空间光调制器分别与数据处理模块连接；

通信终端通过所述收发共用光学天线接收的信号光首先经所述四分之一波片将圆偏振光转化为线偏振光，再经光轴与所述四分之一波片一致的所述偏振分光棱镜，偏振方向相互垂直的两束线偏振光分别进入所述差分平衡探测模块中的两个探测传感器后，再经所述差分平衡探测模块中的差分电路，产生的电信号传输到所述数据处理模块后，实现电信号的解调和起伏统计；经过所述差分电路输出的电信号，

所述电信号分二路，其中一路经过所述数据处理模块中的数据解调模块和数据提取模块，获得所述通信终端的平均值和方差数据，根据所述基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统模型，给出所述空间光调制器的最优控制信号，使通过所述空间光调制器的光束附加一个随机相位，从而实现光源空间相干度的自适应变化；

另一路通过所述数据处理模块中的低通滤波电路，采集低频的信号起伏状态数据，经过所述数据处理模块中的信号处理器计算接收信号的平均值和方差，并通过对所述平均值和方差信号的信息进行编码给出所述偏振调制器的控制信号，将本终端接收信号的起伏状态信息调制到激光信号上，发送到对端通信终端；

所述通信光源采用1550nm波长的不可见光，由光纤激光器产生，经过一准直透镜组L3后进入一偏振控制器，生成与所述空间光调制器光轴方向一致的线偏振光，再经过所述空间光调制器生成部分相干光，经透镜组L4后，进入所述偏振调制器生成携带信号的部分相干的线偏振光，透过分光片经过四分之一波片转化为圆偏振光，最后经过所述收发共用光学天线发射给对端通信终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统，其特征在于，所述收发共用光学天线采用大口径的卡塞格林结构望远镜。

3.根据权利要求1所述的一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统，其特征在于，接收信号光经所述四分之一波片转化后的线偏振光为+45°和-45°线偏振光，该线偏振光经过一分光片反射后，再发射到所述偏振分光棱镜。

4.根据权利要求1所述的一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统，其特征在于，所述偏振方向相互垂直的两束线偏振光分别经过透镜组L1和透镜组L2被所述两个探测传感器接收，再经过所述差分电路输出电信号。