CN115801117A - 一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统及监视方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统及监视方法，包括偏振分光镜、衰减器、角锥、分光镜、1/4波片、液晶偏振光栅、汇聚透镜和监视探测器。可进行激光通信系统发射光轴与接收光轴一致性的在线实时监测并确保激光发射光束准确指向对方终端，采用同一个监视探测器同时对发射光束和接收光束进行监视，为避免两者成像光斑的相互影响，采用液晶偏振光栅根据发射光束与接收光束的不同偏振特性将两者进行空间位置分离，可确保光斑位置提取精度，实现发射光束高精度指向对方激光终端，减小激光发射信号的对准失配损失，大幅提升系统的通信距离。

Description

一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统及监视方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统及监视方法。

背景技术

空间激光通信具有传输速率高、波束范围窄、抗干扰截获能力强、以及终端体积小、重量轻、功耗低等优点，在空间通信领域中的应用日益增长。美国、日本、欧洲等国家和地区开展了大量的星间和星地激光通信，并开始构建星间激光通信网络。

卫星激光通信终端受发射冲击、失重、气压变化以及热变形等因素的影响，接收光路与发射光路光轴在轨后将发生变化，导致接收光轴与发射光轴不一致。在空间激光通信建链中，激光发射需要以接收光轴为基准，在此基础上进行提前瞄准角修正，确保发射光束经过远距离传输后准确覆盖对方激光终端，减少跟踪过程中的失配损失。为降低失配损失，激光发射光束的指向精度优于激光束散角的1/6～1/10，激光束散角在几十微弧度量级，因此一般要求指向精度在微弧度量级。指向精度越高，激光通信链路损失越小。为此需要发射光束与接收光束进行实时监视，通过提前瞄准快反镜实时校准发射光轴与接收光轴的一致性。

中国专利公开号CN109787686B公开了一种卫星通信终端在轨标定及收发同轴度校正装置及方法，在终端粗指向机构外部增加角反射器的方式对激光终端收发同轴度进行在轨标校与校正。该方法是需在通信建链前先对收发同轴度进行校正，无法在通信的同时实现收发同轴度的在线监视。标校实时性差，无法满足激光发射光轴高精度指向要求。

文献(《空间激光通信角锥标校技术研究》，中国科学院西安光学精密机械研究所，2018年6月)介绍了美国宇航局NASA研制的OCD终端的激光发射/接收信道和光轴标校的方法，发射光束被分光镜反射的一部分经平面镜反射回来，聚焦到光电位置传感器阵列，接收光束同样聚焦到该传感器。该方法一方面采用平面镜反射，平面镜法向的微小变化将带来发射光束返回的角度误差，使得返回的发射光束不能准确代表发射光束的指向；另一方面发射光束与接收光束同时在一个光电位置传感器阵列上成像，当提前瞄准角不大时，两个光斑将相互重叠或交叉，影响各自光斑位置的提取精度。最终导致发射光束的无法高精度指向对方激光终端，带来激光通信距离的降低，甚至通信中断。

发明内容

本发明是为了解决现有技术无法实时监测、监测精度不高等问题，提供一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统及监视方法，可进行激光通信系统发射光轴与接收光轴一致性的在线实时监测并确保激光发射光束准确指向对方终端，采用同一个监视探测器同时对发射光束和接收光束进行监视，为避免两者成像光斑的相互影响，采用液晶偏振光栅根据发射光束与接收光束的不同偏振特性将两者进行空间位置分离，可确保光斑位置提取精度，实现发射光束高精度指向对方激光终端，减小激光发射信号的对准失配损失，大幅提升系统的通信距离。

本发明提供一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，包括设置在待监测激光器输出光路上的偏振分光镜，依次设置在偏振分光镜透射光路上的衰减器、角锥，设置在偏振分光镜反射光路上的分光镜和依次设置在分光镜透射光路上的1/4波片、液晶偏振光栅、汇聚透镜、监视探测器，角锥为回反镜，1/4波片的快轴方向与水平方向呈45°角；

偏振分光镜的反射光路用于发射待监测激光器的光信号和接收对方激光终端的光信号，发射光束和接收光束为偏振方向相互垂直的线偏振光分束，偏振分光镜用于将接收光束和发射光束进行偏振隔离，角锥用于使进入的光束进行180°光路转折，分光镜的反射光路用于通信接收，1/4波片用于将不同线偏振状态的发射光束和接收光束变为不同旋性圆偏振光，圆偏振光包括左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，液晶偏振光栅用于将不同旋性圆偏振光进行空间位置分离，汇聚透镜用于进行汇聚得到位置不同的发射光束光斑和接收光束光斑，监视探测器通过开窗高速分别输出发射光束光斑和接收光束光斑的位置图像。

本发明所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，作为优选方式，偏振分光镜的反射光路上依次设置快反镜、发射接收用1/4波片和光学望远镜；

待监测激光器输出的光信号依次经调制、放大、准直器准直和提前瞄准快反镜得到发射光束并反射至偏振分光镜，发射光束经偏振分光镜反射后依次经由快反镜、发射接收用1/4波片和光学望远镜发射到对方激光终端，对方激光终端的光信号依次经由光学望远镜、发射接收用1/4波片和快反镜得到接收光束并进入偏振分光镜；

偏振分光镜也可进行发射光束和接收光束的合束。

本发明所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，作为优选方式，衰减器可控制进入监视探测器的发射光束光强以防止发射光束造成监视探测器的饱和。

本发明所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，作为优选方式，角锥为角锥棱镜。

本发明所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，作为优选方式，分光镜、1/4波片、液晶偏振光栅和监视探测器的工作波长均与通信波长相同，分光镜的反射透射比由通信接收灵敏度和监视探测器的探测灵敏度相关，液晶偏振光栅的偏转角度与望远镜放大倍率、最大提前瞄准角、跟踪精度相关。

本发明所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，作为优选方式，汇聚透镜为单片式凸透镜或组合式透镜组。

本发明所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，作为优选方式，监视探测器为可见光相机或红外焦平面探测器，监视探测器可同时实现2个窗口开窗、高速输出。

本发明提供一种新型的激光通信收发光束一体化监视方法，包括以下步骤：

S1、待监视激光器发射的线偏振光经过调制、放大、准直器准直、提前瞄准快反镜反射得到发射光束，发射光束一部分经偏振分光镜反射后经由精跟踪快反镜和光学望远镜发射到对方激光终端、另一部分经偏振分光镜反射后依次通过衰减器、角锥返回至偏振分光镜再由偏振分光镜反射至分光镜后透射进入1/4波片；

对方激光终端发射的光信号经光学望远镜接收、精跟踪快反镜反射得到接收光束，接收光束经偏振分光镜透射后一部分经由分光镜反射进入通信接收单元、另一部分经由分光镜透射进入1/4波片；

S2、不同线偏振状态的发射光束和接收光束经过1/4波片后变为不同旋性圆偏振光，不同旋性圆偏振光包括左旋圆偏振光和为右旋圆偏振光，不同旋性圆偏振光经过液晶偏振光栅使得偏转方向相反再经过汇聚透镜最后在监视探测器上得到成像位置不同的光斑2个光斑，监视探测器通过开窗高速分别输出2个光斑的位置图像以对待监视激光器激光进行通信发射光路和接收光路的监视。

本发明所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视方法，作为优选方式，步骤S2中，1/4波片的快轴方向与水平方向呈45°角，水平线偏振光经过1/4波片后变为左旋圆偏振光，琼斯矩阵为：

其中，j为虚数；

垂直线偏振光经过1/4波片后变为右旋圆偏振光，琼斯矩阵为：

本发明所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视方法，作为优选方式，步骤S2中，当左旋圆偏振光入射液晶偏振光栅后电场变换为：

其中，E_out为输出光能量，Γ表示光通过厚度为d的液晶层所产生的相位延迟，f_x为空间频率；P光栅取向周期；

Γ＝2π(n_e-n_o)d/λ；

其中，n_e为异常光的折射率，n_o为正常光的折射率，λ为波长；

当相位延迟Γ＝π时，

所有的光能量均在﹢1级，此时入射的左旋圆偏振光变为出射的右旋圆偏振光、向左偏转角度为θ＝arcsin(λ/P)；

当入射的为右旋偏振光通过相位延迟为π的液晶偏振光栅后变为左旋偏振光、向右偏转θ角。

本发明的技术方案是：一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，包括偏振分光镜、衰减器、角锥、分光镜、1/4波片、液晶偏振光栅、汇聚透镜、监视探测器。

激光器发射的线偏振光经过调制、放大、准直器准直、提前瞄准快反镜反射，进入偏振分光镜，大部分光经偏振分光镜反射，经由精跟踪快反镜和光学望远镜发射到对方激光终端。极少部分光透过偏振分光镜经衰减器、角锥原路返回至偏振分光镜，再由偏振分光镜反射、分光镜透射进入1/4波片。

对方激光终端发射的信号光经光学望远镜接收、精跟踪快反镜反射进入偏振分光镜，透射通过偏振分光镜，大部分光由分光镜反射进入通信接收单元，小部分透射进入1/4波片。

1/4波片的快轴方向与水平方向呈45°角，水平线偏振光经过1/4波片后变为左旋圆偏振光；垂直线偏振光变为右旋圆偏振光。用琼斯矩阵表述为：

圆偏振光经过液晶偏振光栅时，由于液晶偏振光栅具有周期性的取向层结构，当左旋圆偏振光入射经过液晶偏振光栅后，其电场变换为

其中，Γ＝2π(n_e-n_o)d/λ，表示光通过厚度为d的液晶层所产生的相位延迟；f_x为空间频率；P光栅取向周期。当相位延迟Γ＝π时，

所有的光能量均在﹢1级，此时入射光的左旋圆偏振光变为出射光的右旋圆偏振光，向左偏转角度为θ＝arcsin(λ/P)。同理，当入射光为右旋偏振光时，通过相位延迟为π的液晶偏振光栅后，变为左旋偏振光，向右偏转θ角。

因为偏转方向不一样，经过汇聚透镜最后在监视探测器上成像位置不一致。监视探测器通过开窗高速分别输出2个光斑位置图像，从而实现一个探测器对激光通信发射光路和接收光路的同时监视。

1/4波片的快轴方向与水平方向呈45°角，不同线偏振状态的发射光束和接收光束经过1/4波片后变为不同旋性圆偏振光，一个为左旋圆偏振光、一个为右旋圆偏振光。不同旋性的圆偏振光经过液晶偏振光栅，偏转方向相反，经过汇聚透镜最后在监视探测器上成像位置不同。监视探测器通过开窗高速分别输出2个光斑位置图像，从而实现对一个探测器对激光通信发射光路和接收光路的同时监视。

偏振分光镜可将偏振方向相互垂直的线偏振光分束，实现收发光束的偏振隔离。同时由于隔离度的不是十分理想，极少部分发射信号光可透射通过偏振分光镜，经角锥反射后也可实现收发光束的合束。

衰减器可控制进入监视探测器的发射光束光强，防止发射光束造成监视探测器的饱和。

角锥可为角锥棱镜或其他高精度的回反镜，可使进入角锥的光束高精度原路返回。

分光镜工作波长与通信波长一致，反射透射比由通信接收灵敏度和监视探测器的探测灵敏度决定。

1/4波片的快轴方向与水平方向的夹角为45°，工作波长与通信波长基本一致。

液晶偏振光栅工作波长与通信波长一致，偏转角度与望远镜放大倍率、最大提前瞄准角、跟踪精度等因素有关。

汇聚透镜可为单片式凸透镜或组合式透镜组。

监视探测器可为可见光相机或红外焦平面探测器，探测波段范围包含通信波长，可同时实现2个窗口开窗、高速输出。

本发明在自由空间激光通信、激光雷达等领域有着重要的应用前景。

为实现激光通信系统的发射光轴与接收光轴一致性在线实时监测，确保激光发射光束准确指向对方终端，本发明通过角锥棱镜将发射光束原路返回，利用偏振分光镜对返回的发射光束与接收光束进行合束，将收发光束经过快轴方向与水平方向呈45°角的1/4波片，收发光束由偏振方向相互垂直的线偏振光变为不同旋性的圆偏振光。不同旋性的圆偏振光经过液晶偏振光栅后，偏转方向相反，经过汇聚透镜汇聚后成像在监视探测器上两个不同的位置。监视探测器通过开窗高速分别输出2个光斑位置图像，实现对一个探测器对激光通信发射光路和接收光路的同时监视。本发明采用收发光束一体化监视系统，避免了传统的收发光束分开监视的两个探测器由于位置、姿态变化对光轴一致性带来的测量误差；同时将返回的发射光斑与接收光斑位置分离，克服了发射光斑与接收光斑位置提取的相互影响，有效地提高了光斑的提取精度。由此提高发射光束指向的准确性，可降低了系统的跟踪失配损失，提升激光通信系统的作用距离，可广泛应用于星间、星地、空空、空地等空间激光通信链路中。

本发明具有以下优点：

(1)本发明根据收发光束线偏振方向的不同，采用1/4波片和液晶偏振光栅将角锥返回的发射光束和接收光束在空间方向上进行分离，成像在一个探测器的不同位置，避免了两个光斑的交叉与重叠，可提高成像光斑位置提取精度，实现发射光束的高精度指向，可以大幅降低激光发射的对准失配损失，提高激光通信系统的作用距离。

(2)本发明采用激光通信收发光束一体化监视系统，可进一步减轻激光终端的重量和功耗，增加激光通信终端的适用性。

附图说明

图1为一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统的组成框图；

图2为一种新型的激光通信收发光束一体化监视方法的流程图。

附图标记：

1、偏振分光镜；2、衰减器；3、角锥；4、分光镜；5、1/4波片；6、液晶偏振光栅；7、汇聚透镜；8、监视探测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，包括设置在待监测激光器输出光路上的偏振分光镜1，依次设置在偏振分光镜1透射光路上的衰减器2、角锥3，设置在偏振分光镜1反射光路上的分光镜4和依次设置在分光镜4透射光路上的1/4波片5、液晶偏振光栅6、汇聚透镜7、监视探测器8，角锥3为回反镜，1/4波片5的快轴方向与水平方向呈45°角；

偏振分光镜1的反射光路用于发射待监测激光器的光信号和接收对方激光终端的光信号，发射光束和接收光束为偏振方向相互垂直的线偏振光分束，偏振分光镜1用于将接收光束和发射光束进行偏振隔离，角锥3用于使进入的光束进行180°光路转折，分光镜4的反射光路用于通信接收，1/4波片5用于将不同线偏振状态的发射光束和接收光束变为不同旋性圆偏振光，圆偏振光包括左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，液晶偏振光栅6用于将不同旋性圆偏振光进行空间位置分离，汇聚透镜7用于进行汇聚得到位置不同的发射光束光斑和接收光束光斑，监视探测器8通过开窗高速分别输出发射光束光斑和接收光束光斑的位置图像；

偏振分光镜1的反射光路上依次设置快反镜、发射接收用1/4波片和光学望远镜；

待监测激光器输出的光信号依次经调制、放大、准直器准直和提前瞄准快反镜得到发射光束并反射至偏振分光镜1，发射光束经偏振分光镜1反射后依次经由快反镜、发射接收用1/4波片和光学望远镜发射到对方激光终端，对方激光终端的光信号依次经由光学望远镜、发射接收用1/4波片和快反镜得到接收光束并进入偏振分光镜1；

偏振分光镜1也可进行发射光束和接收光束的合束；

衰减器2可控制进入监视探测器8的发射光束光强以防止发射光束造成监视探测器的饱和；

角锥3为角锥棱镜；

分光镜4、1/4波片5、液晶偏振光栅6和监视探测器8的工作波长均与通信波长相同，分光镜4的反射透射比由通信接收灵敏度和监视探测器8的探测灵敏度相关，液晶偏振光栅6的偏转角度与望远镜放大倍率、最大提前瞄准角、跟踪精度相关；

汇聚透镜7为单片式凸透镜或组合式透镜组；

监视探测器8为可见光相机或红外焦平面探测器，监视探测器8可同时实现2个窗口开窗、高速输出。

实施例2

如图2所示，一种新型的激光通信收发光束一体化监视方法，包括以下步骤：

S1、待监视激光器发射的线偏振光经过调制、放大、准直器准直、提前瞄准快反镜反射得到发射光束，发射光束一部分经偏振分光镜1反射后经由精跟踪快反镜和光学望远镜发射到对方激光终端、另一部分经偏振分光镜1反射后依次通过衰减器2、角锥3返回至偏振分光镜1再由偏振分光镜1反射至分光镜4后透射进入1/4波片5；

对方激光终端发射的光信号经光学望远镜接收、精跟踪快反镜反射得到接收光束，接收光束经偏振分光镜1透射后一部分经由分光镜4反射进入通信接收单元、另一部分经由分光镜4透射进入1/4波片5；

S2、不同线偏振状态的发射光束和接收光束经过1/4波片5后变为不同旋性圆偏振光，不同旋性圆偏振光包括左旋圆偏振光和为右旋圆偏振光，不同旋性圆偏振光经过液晶偏振光栅6使得偏转方向相反再经过汇聚透镜7最后在监视探测器8上得到成像位置不同的光斑2个光斑，监视探测器8通过开窗高速分别输出2个光斑的位置图像以对待监视激光器激光进行通信发射光路和接收光路的监视；

1/4波片5的快轴方向与水平方向呈45°角，水平线偏振光经过1/4波片5后变为左旋圆偏振光，琼斯矩阵为：

其中，j为虚数；

垂直线偏振光经过1/4波片5后变为右旋圆偏振光，琼斯矩阵为：

当左旋圆偏振光入射液晶偏振光栅6后电场变换为：

其中，E_out为输出光能量，Γ表示光通过厚度为d的液晶层所产生的相位延迟，f_x为空间频率；P光栅取向周期；

Γ＝2π(n_e-n_o)d/λ；

其中，n_e为异常光的折射率，n_o为正常光的折射率，λ为波长；

当相位延迟Γ＝π时，

所有的光能量均在﹢1级，此时入射的左旋圆偏振光变为出射的右旋圆偏振光、向左偏转角度为θ＝arcsin(λ/P)；

当入射的为右旋偏振光通过相位延迟为π的液晶偏振光栅6后变为左旋偏振光、向右偏转θ角。

实施例3

如图1～2所示，一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统及监视方法，监视系统包括偏振分光镜1、衰减器2、角锥3、分光镜4、1/4波片5、液晶偏振光栅6、汇聚透镜7、监视探测器8。

激光器发射的偏振光经过调制、放大、准直器准直、提前瞄准快反镜反射，进入偏振分光镜1，大部分光经偏振分光镜反射，经由精跟踪快反镜和光学望远镜发射到对方激光终端。极少部分光透过偏振分光镜1经衰减器2、角锥3原路返回至偏振分光镜1，再由偏振分光镜1反射、分光镜4透射进入1/4波片5。

对方激光终端发射的信号光经光学望远镜接收、精跟踪快反镜反射进入偏振分光镜，透射通过偏振分光镜1，大部分光由分光镜4反射进入通信接收单元，小部分透射进入1/4波片5。

1/4波片5的快轴方向与水平方向呈45°角，不同线偏振状态的发射光束和接收光束经过1/4波片后变为不同旋性圆偏振光，一个为左旋圆偏振光、一个为右旋圆偏振光。不同旋性的圆偏振光经过液晶偏振光栅6，偏转方向相反，经过汇聚透镜7最后在监视探测器8上成像位置不一致。监视探测器8通过开窗高速分别输出2个光斑位置图像，从而实现对一个探测器对激光通信发射光路和接收光路的同时监视。

本实施例中，发射激光为S线偏振光、中心波长为1550.12nm、发射功率为2W；接收激光为P线偏振光、中心波长为1550.92nm、通信接收灵敏度为-50dBm。

本实施例中，偏振分光镜1为偏振分光棱镜，反射S线偏振光、透射P线偏振光，消光比＞1000:1。

本实施例中，衰减器2衰减倍率约为100:1。

本实施例中，角锥3为南京仪博光电的RAP110，工作波段为350nm～2000nm，加工精度±1″、面型精度λ/10。

本实施例中，分光镜4的反射透射比为4:1。

本实施例中，1/4波片5为液晶1/4波片，不加电时相位延迟为π/2。

本实施例中，液晶偏振光栅6尺寸为25mm×25mm，适用波长范围为1550nm±2nm，偏转方向为±0.1°。

本实施例中，汇聚透镜7型号为F810FC-1550，NA＝0.24，f＝37mm。

本实施例中，监视探测器8为InGaAs红外焦平面探测器，响应波段为900nm～1700nm，像元尺寸为15μm×15μm，像元数为640×512；可开两个32×32窗口，开窗读出帧频为2kHz。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，其特征在于：包括设置在待监测激光器输出光路上的偏振分光镜(1)，依次设置在所述偏振分光镜(1)透射光路上的衰减器(2)、角锥(3)，设置在所述偏振分光镜(1)反射光路上的分光镜(4)和依次设置在所述分光镜(4)透射光路上的1/4波片(5)、液晶偏振光栅(6)、汇聚透镜(7)、监视探测器(8)，所述角锥(3)为回反镜，所述1/4波片(5)的快轴方向与水平方向呈45°角；

所述偏振分光镜(1)的反射光路用于发射所述待监测激光器的光信号和接收对方激光终端的光信号，发射光束和接收光束为偏振方向相互垂直的线偏振光分束，所述偏振分光镜(1)用于将所述接收光束和所述发射光束进行偏振隔离，所述角锥(3)用于使进入的光束进行180°光路转折，所述分光镜(4)的反射光路用于通信接收，所述1/4波片(5)用于将不同线偏振状态的所述发射光束和所述接收光束变为不同旋性圆偏振光，所述圆偏振光包括左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，所述液晶偏振光栅(6)用于将不同旋性圆偏振光进行空间位置分离，所述汇聚透镜(7)用于进行汇聚得到位置不同的发射光束光斑和接收光束光斑，所述监视探测器(8)通过开窗高速分别输出所述发射光束光斑和所述接收光束光斑的位置图像。

2.根据权利要求1所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，其特征在于：所述偏振分光镜(1)的反射光路上依次设置快反镜、发射接收用1/4波片和光学望远镜；

所述待监测激光器输出的光信号依次经调制、放大、准直器准直和提前瞄准快反镜得到所述发射光束并反射至所述偏振分光镜(1)，所述发射光束经所述偏振分光镜(1)反射后依次经由所述快反镜、所述发射接收用1/4波片和所述光学望远镜发射到对方激光终端，对方激光终端的光信号依次经由所述光学望远镜、所述发射接收用1/4波片和所述快反镜得到所述接收光束并进入所述偏振分光镜(1)；

所述偏振分光镜(1)也可进行所述发射光束和所述接收光束的合束。

3.根据权利要求1所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，其特征在于：所述衰减器(2)可控制进入所述监视探测器(8)的发射光束光强以防止发射光束造成监视探测器的饱和。

4.根据权利要求1所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，其特征在于：所述角锥(3)为角锥棱镜。

5.根据权利要求1所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，其特征在于：所述分光镜(4)、所述1/4波片(5)、所述液晶偏振光栅(6)和所述监视探测器(8)的工作波长均与通信波长相同，所述分光镜(4)的反射透射比由通信接收灵敏度和所述监视探测器(8)的探测灵敏度相关，所述液晶偏振光栅(6)的偏转角度与望远镜放大倍率、最大提前瞄准角、跟踪精度相关。

6.根据权利要求1所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，其特征在于：所述汇聚透镜(7)为单片式凸透镜或组合式透镜组。

7.根据权利要求1所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视系统，其特征在于：所述监视探测器(8)为可见光相机或红外焦平面探测器，所述监视探测器(8)可同时实现2个窗口开窗、高速输出。

8.一种新型的激光通信收发光束一体化监视方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、待监视激光器发射的线偏振光经过调制、放大、准直器准直、提前瞄准快反镜反射得到发射光束，所述发射光束一部分经偏振分光镜(1)反射后经由精跟踪快反镜和光学望远镜发射到对方激光终端、另一部分经所述偏振分光镜(1)反射后依次通过衰减器(2)、角锥(3)返回至所述偏振分光镜(1)再由所述偏振分光镜(1)反射至分光镜(4)后透射进入1/4波片(5)；

对方激光终端发射的光信号经光学望远镜接收、精跟踪快反镜反射得到接收光束，所述接收光束经所述偏振分光镜(1)透射后一部分经所述由分光镜(4)反射进入通信接收单元、另一部分经所述由分光镜(4)透射进入所述1/4波片(5)；

S2、不同线偏振状态的所述发射光束和所述接收光束经过所述1/4波片(5)后变为不同旋性圆偏振光，所述不同旋性圆偏振光包括左旋圆偏振光和为右旋圆偏振光，不同旋性圆偏振光经过所述液晶偏振光栅(6)使得偏转方向相反再经过汇聚透镜(7)最后在监视探测器(8)上得到成像位置不同的光斑2个光斑，所述监视探测器(8)通过开窗高速分别输出2个光斑的位置图像以对待监视激光器激光进行通信发射光路和接收光路的监视。

9.根据权利要求8所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视方法，其特征在于：

步骤S2中，所述1/4波片(5)的快轴方向与水平方向呈45°角，水平线偏振光经过所述1/4波片(5)后变为左旋圆偏振光，琼斯矩阵为：

其中，j为虚数；

垂直线偏振光经过所述1/4波片(5)后变为右旋圆偏振光，琼斯矩阵为：

10.根据权利要求8所述的一种新型的激光通信收发光束一体化监视方法，其特征在于：

步骤S2中，当左旋圆偏振光入射所述液晶偏振光栅(6)后电场变换为：

其中，E_out为输出光能量，Γ表示光通过厚度为d的液晶层所产生的相位延迟，f_x为空间频率；P光栅取向周期；

Γ＝2π(n_e-n_o)d/λ；

其中，n_e为异常光的折射率，n_o为正常光的折射率，λ为波长；

当相位延迟Γ＝π时，

所有的光能量均在﹢1级，此时入射的左旋圆偏振光变为出射的右旋圆偏振光、向左偏转角度为θ＝arcsin(λ/P)；

当入射的为右旋偏振光通过相位延迟为π的所述液晶偏振光栅(6)后变为左旋偏振光、向右偏转θ角。

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