CN115396030A - 一种偏振复用空间激光通信系统以及光端机 - Google Patents

一种偏振复用空间激光通信系统以及光端机 Download PDF

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Abstract

一种偏振复用空间激光通信系统以及光端机，涉及空间激光通信技术领域，解决了增加设备体积和技术复杂度的问题。系统包括光束控制模块、分光模块、旋光模块、激光发射模块和通信接收模块；通信接收过程中光束控制模块用于将信号光缩束后入射至分光模块，分光模块用于将信号光分为P光与S光，旋光模块用于将P光和S光两次旋转后入射至分光模块，分光模块将旋光后的P光和S光合并后送至通信接收模块；通信发射过程中激光发射模块用于产生信号光并入射至分光模块，分光模块用于将信号光分为P光和S光，旋光模块用于将P光和S光两次旋转后入射至分光模块，分光模块将旋光后的P光和S光合并后送至光束控制模块，光束控制模块用于将信号光扩束。

Description

一种偏振复用空间激光通信系统以及光端机
技术领域
本发明涉及空间激光通信技术领域，具体涉及一种偏振复用空间激光通信系统以及光端机。
背景技术
空间激光通信是以激光为载波，在空间实现信息无线传输的通信方式。激光通信具有抗干扰能力强、安全性高、通信速率高、传输速度快、信息容量大的优势，在军事和民用领域均有重大的战略需求与应用价值。同时空间通信的方式自由灵活，在卫星与卫星之间、卫星与地面之间的通信等方面具有极大的应用潜力。
中国专利文献《一种同频段偏振复用空间激光通信光端机》（公开号为CN107919912A）中公开了一种同频段偏振复用空间激光通信光端机。通信光的接收通过偏振分光棱镜进行P光与S光分离，两种正交的偏振态通信光经法拉第透镜旋转和滤光片、检偏器的组合消除杂光分别由P光通信接收机S光通信接收机接收信号。通信光的发射由P激光发射机和S激光发射机分别发射信号，在经过法拉第透镜和偏振分光棱镜组合将两信号光合并在一起，最后通过望远镜扩束射向通信对象。但是其使用多个激光发射机与多个通信接收机解决隔离度问题，大大增加了设备的体积和成本以及技术的复杂度。
发明内容
为了解决现有通信系统增加设备体积和技术复杂度的问题，本发明提出了一种偏振复用空间激光通信系统以及光端机。
本发明的技术方案如下：
一种偏振复用空间激光通信系统，包括光束控制模块、分光模块、旋光模块、激光发射模块以及通信接收模块；
在通信接收过程中，所述光束控制模块用于将信号光缩束后入射至所述分光模块，所述分光模块用于将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光与S光，所述旋光模块用于分别将P光和S光的偏振态方向发生两次旋转后入射至分光模块，所述分光模块将旋光后的P光和S光合并在一起后传送至所述通信接收模块；
在通信发射过程中，所述激光发射模块用于产生信号光并入射至所述分光模块，所述分光模块用于将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光，所述旋光模块用于分别将P光和S光的偏振态方向发生两次旋转后入射至所述分光模块，所述分光模块将旋光后的P光和S光合并在一起后传送至所述光束控制模块，所述光束控制模块用于将信号光扩束后射向通信对象。
优选地，所述光束控制模块包括光学天线和快速反射镜，所述光学天线用于信号光的缩束和扩束，所述快速反射镜用于在光学天线和分光模块之间实现光束的方向调节。
优选地，所述分光模块包括第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜；
所述第一偏振分光棱镜用于在通信接收过程中将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光，在通信发射过程中将旋光后的P光和S光合并在一起；
所述第二偏振分光棱镜用于在通信接收过程中将旋光后的P光和S光合并在一起，在通信发射过程中将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光。
优选地，所述旋光模块包括第一法拉第旋光器、第一λ/2波片、第一直角三角棱镜、第二直角三角棱镜、第二法拉第旋光器以及第二λ/2波片；
在通信接收过程中，所述第一法拉第旋光器用于接收经所述分光模块投射的P/S光，并进行第一次旋光，所述第一λ/2波片用于将第一次旋光后的光束的偏振态方向向相反方向旋转，然后传送至所述第一直角三角棱镜，所述第一直角三角棱镜用于调节光束方向并入射至所述分光模块；
所述第二直角三角棱镜用于接收经所述分光模块投射的S/P光并调节光束方向，然后传送至所述第二法拉第旋光器进行第一次旋光，所述第二λ/2波片用于将第一次旋光后的光束的偏振态方向向相反方向旋转，然后入射至所述分光模块。
优选地，所述通信系统还包括近红外探测模块，所述分光模块还包括分光镜；
所述分光镜用于在通信接收过程中将合并在一起后的光束分别入射至近红外探测模块和通信接收模块。
优选地，所述第一法拉第旋光器和第二法拉第旋光器对光束的偏振光方向旋转角度均为45°。
优选地，所述第一λ/2波片与第二λ/2波片对光束的偏振光方向旋转角度均为45°，相位延迟为π。
优选地，所述第一偏振分光棱镜与第二偏振分光棱镜的消光比均为Tp：Ts>3000：1，分光膜的Tp>95%，Rs>99.5%；其中Tp为P光透射率，Ts为S光透射率，Rs为S光反射率。
一种偏振复用空间激光通信光端机，包括如上所述的偏振复用空间激光通信系统。
与现有技术相比，本发明解决了现有通信系统增加设备体积和技术复杂度的问题，具体有益效果为：
1、本发明所述通信系统利用法拉第旋光器和λ/2波片等器件的组合，对发射信号光和接收信号光分别进行两次偏振态角度的旋转，实现发射信号光和接收信号光的高隔离度，同时实现高速率的空间激光通信；
2、本发明所述通信系统避免了激光发射机与通信接收机的大量使用，仅需一台激光发射机和通信接收机，即可解决隔离度问题并实现高速通信，大大节省了设备的体积和成本，降低了技术的复杂度。
附图说明
图1为本发明提供的偏振复用空间激光通信系统结构示意图。
附图标记说明：
1、光学天线；2、快速反射镜；3、第一偏振分光棱镜；4、第一法拉第旋光器；5、第一λ/2波片；6、第一直角三角棱镜；7、第二直角三角棱镜；8、第二法拉第旋光器；9、第二λ/2波片；10、第二偏振分光棱镜；11、激光发射模块；12、分光镜；13、近红外探测模块；14、通信接收模块。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合本发明的说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，以下实施例仅用于更好地理解本发明的技术方案，而不应理解为对本发明的限制。
实施例1.
本实施例为一种偏振复用空间激光通信系统，如图1所示，包括光束控制模块、分光模块、旋光模块、激光发射模块11以及通信接收模块14；
在通信接收过程中，所述光束控制模块用于将信号光缩束后入射至所述分光模块，所述分光模块用于将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光与S光，所述旋光模块用于分别将P光和S光的偏振态方向发生两次旋转后入射至分光模块，所述分光模块将旋光后的P光和S光合并在一起后传送至所述通信接收模块14；
在通信发射过程中，所述激光发射模块11用于产生信号光并入射至所述分光模块，所述分光模块用于将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光，所述旋光模块用于分别将P光和S光的偏振态方向发生两次旋转后入射至所述分光模块，所述分光模块将旋光后的P光和S光合并在一起后传送至所述光束控制模块，所述光束控制模块用于将信号光扩束后射向通信对象。
实施例2.
本实施例为对实施例1的进一步举例说明，所述光束控制模块包括光学天线1和快速反射镜2，所述光学天线1用于信号光的缩束和扩束，所述快速反射镜2用于在光学天线1和分光模块之间实现光束的方向调节。
实施例3.
本实施例为对实施例1的进一步举例说明，所述分光模块包括第一偏振分光棱镜3和第二偏振分光棱镜10；
所述第一偏振分光棱镜3用于在通信接收过程中将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光，在通信发射过程中将旋光后的P光和S光合并在一起；
所述第二偏振分光棱镜10用于在通信接收过程中将旋光后的P光和S光合并在一起，在通信发射过程中将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光。
实施例4.
本实施例为对实施例1的进一步举例说明，所述旋光模块包括第一法拉第旋光器4、第一λ/2波片5、第一直角三角棱镜6、第二直角三角棱镜7、第二法拉第旋光器8以及第二λ/2波片9；
在通信接收过程中，所述第一法拉第旋光器4用于接收经所述分光模块投射的P/S光，并进行第一次旋光，所述第一λ/2波片5用于将第一次旋光后的光束的偏振态方向向相反方向旋转，然后传送至所述第一直角三角棱镜6，所述第一直角三角棱镜6用于调节光束方向并入射至所述分光模块；
所述第二直角三角棱镜7用于接收经所述分光模块投射的S/P光并调节光束方向，然后传送至所述第二法拉第旋光器8进行第一次旋光，所述第二λ/2波片9用于将第一次旋光后的光束的偏振态方向向相反方向旋转，然后入射至所述分光模块。
实施例5.
本实施例为对实施例1的进一步举例说明，所述通信系统还包括近红外探测模块13，所述分光模块还包括分光镜12；
所述分光镜12用于在通信接收过程中将合并在一起后的光束分别入射至近红外探测模块13和通信接收模块14。
实施例6.
本实施例为对实施例4的进一步举例说明，所述第一法拉第旋光器4和第二法拉第旋光器8对光束的偏振光方向旋转角度均为45°。
实施例7.
本实施例为对实施例4的进一步举例说明，所述第一λ/2波片5与第二λ/2波片9对光束的偏振光方向旋转角度均为45°，相位延迟为π。
实施例8.
本实施例为对实施例3的进一步举例说明，所述第一偏振分光棱镜3与第二偏振分光棱镜10的消光比均为Tp：Ts>3000：1，分光膜的Tp>95%，Rs>99.5%。
实施例9.
本实施例提供了一种偏振复用空间激光通信光端机，包括如实施例1-8中任一项所述的偏振复用空间激光通信系统。

Claims (9)

1.一种偏振复用空间激光通信系统，其特征在于，包括光束控制模块、分光模块、旋光模块、激光发射模块（11）以及通信接收模块（14）；
在通信接收过程中，所述光束控制模块用于将信号光缩束后入射至所述分光模块，所述分光模块用于将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光与S光，所述旋光模块用于分别将P光和S光的偏振态方向发生两次旋转后入射至分光模块，所述分光模块将旋光后的P光和S光合并在一起后传送至所述通信接收模块（14）；
在通信发射过程中，所述激光发射模块（11）用于产生信号光并入射至所述分光模块，所述分光模块用于将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光，所述旋光模块用于分别将P光和S光的偏振态方向发生两次旋转后入射至所述分光模块，所述分光模块将旋光后的P光和S光合并在一起后传送至所述光束控制模块，所述光束控制模块用于将信号光扩束后射向通信对象。
2.根据权利要求1所述的偏振复用空间激光通信系统，其特征在于，所述光束控制模块包括光学天线（1）和快速反射镜（2），所述光学天线（1）用于信号光的缩束和扩束，所述快速反射镜（2）用于在光学天线（1）和分光模块之间实现光束的方向调节。
3.根据权利要求1所述的偏振复用空间激光通信系统，其特征在于，所述分光模块包括第一偏振分光棱镜（3）和第二偏振分光棱镜（10）；
所述第一偏振分光棱镜（3）用于在通信接收过程中将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光，在通信发射过程中将旋光后的P光和S光合并在一起；
所述第二偏振分光棱镜（10）用于在通信接收过程中将旋光后的P光和S光合并在一起，在通信发射过程中将信号光分为两个相互正交的偏振态的P光和S光。
4.根据权利要求1所述的偏振复用空间激光通信系统，其特征在于，所述旋光模块包括第一法拉第旋光器（4）、第一λ/2波片（5）、第一直角三角棱镜（6）、第二直角三角棱镜（7）、第二法拉第旋光器（8）以及第二λ/2波片（9）；
在通信接收过程中，所述第一法拉第旋光器（4）用于接收经所述分光模块投射的P/S光，并进行第一次旋光，所述第一λ/2波片（5）用于将第一次旋光后的光束的偏振态方向向相反方向旋转，然后传送至所述第一直角三角棱镜（6），所述第一直角三角棱镜（6）用于调节光束方向并入射至所述分光模块；
所述第二直角三角棱镜（7）用于接收经所述分光模块投射的S/P光并调节光束方向，然后传送至所述第二法拉第旋光器（8）进行第一次旋光，所述第二λ/2波片（9）用于将第一次旋光后的光束的偏振态方向向相反方向旋转，然后入射至所述分光模块。
5.根据权利要求1所述的偏振复用空间激光通信系统，其特征在于，所述通信系统还包括近红外探测模块（13），所述分光模块还包括分光镜（12）；
所述分光镜（12）用于在通信接收过程中将合并在一起后的光束分别入射至近红外探测模块（13）和通信接收模块（14）。
6.根据权利要求4所述的偏振复用空间激光通信系统，其特征在于，所述第一法拉第旋光器（4）和第二法拉第旋光器（8）对光束的偏振光方向旋转角度均为45°。
7.根据权利要求4所述的偏振复用空间激光通信系统，其特征在于，所述第一λ/2波片（5）与第二λ/2波片（9）对光束的偏振光方向旋转角度均为45°，相位延迟为π。
8.根据权利要求3所述的偏振复用空间激光通信系统，其特征在于，所述第一偏振分光棱镜（3）与第二偏振分光棱镜（10）的消光比均为Tp：Ts>3000：1，分光膜的Tp>95%，Rs>99.5%。
9.一种偏振复用空间激光通信光端机，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的偏振复用空间激光通信系统。
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