CN117560079A - 收发隔离系统和激光通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光通信领域，提出一种收发隔离系统和激光通信系统，其中，收发隔离系统包括本地激光器、环形器、阵元天线以及通信探测系统，环形器至少包括第一端口、第二端口以及第三端口，第一端口与第二端口光路导通，第二端口与第三端口光路导通；本地激光器用于向第一端口发射本地光，进入第一端口的本地光信号可单向传输至第二端口；阵元天线设于第二端口，用于接收并向外发射第二端口传输的本地光信号，还用于接收外部设备发射的远程光，进入第二端口的远程光信号可单向传输至第三端口；通信探测系统设于第三端口，用于接收第三端口传输的远程光信号。本申请的技术方案，能够提供一种便于获取探测远程光信号的探测信息的收发隔离系统。

Description

收发隔离系统和激光通信系统

技术领域

本发明涉及激光通信领域，特别涉及一种收发隔离系统和激光通信系统。

背景技术

在激光通信领域中，远程目标源发出的激光进入到收发隔离系统的相控阵阵元天线后，可以通过收发隔离系统的分光模块实现本地光和远程光的收发隔离，以防止本地光对远程光信号的探测、接收以及处理产生影响。

在相关技术中，分光模块由反射镜、折轴镜等空间光镜片组成，远程光通常以空间光的形式，通过分光模块的分光光路传输至通信探测系统。但是，通过空间光的形式将远程光传输至通信探测系统的方式，使通信探测系统仅可检测获取空间光的强度分布信息，不便于通信探测系统获取远程光的更多探测信息。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种收发隔离系统和激光通信系统，旨在提供一种便于获取探测远程光信号的其他探测信息的收发隔离系统。

为实现上述目的，本发明提出的一种收发隔离系统，包括：

本地激光器，用于发射本地光；

环形器，所述环形器至少包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述第一端口与所述第二端口光路导通，所述第二端口与第三端口光路导通，所述第一端口与所述本地激光器相对设置，用于接收所述本地激光器发射的本地光，进入所述第一端口的本地光信号可单向传输至所述第二端口；

阵元天线，所述阵元天线设于所述第二端口，用于接收所述第二端口传输的本地光信号，并将其发射至外部，所述阵元天线还用于接收外部设备发射的远程光，进入所述第二端口的远程光信号可单向传输至所述第三端口；以及

通信探测系统，所述通信探测系统设于所述第三端口，用于接收所述第三端口传输的远程光信号。

可选地，所述收发隔离系统还包括滤波器，所述滤波器设于所述第三端口，用于隔离本地光信号进入所述通信探测系统。

可选地，所述滤波器为反射型光纤光栅，所述反射型光纤光栅的反射波长范围与所述本地激光器的发射波长范围相一致。

可选地，所述反射型光纤光栅的栅距可调节设置，以对应调节所述反射型光纤光栅的反射波长。

可选地，所述反射型光纤光栅设有若干，若干所述反射型光纤光栅自所述第三端口朝向所述通信探测系统依次排布并连接设置。

可选地，所述环形器还包括第四端口，所述第三端口与所述第四端口光路导通，进入所述第三端口的光信号可单向传输至所述第四端口。

可选地，所述收发隔离系统还包括阻隔器，所述阻隔器设于所述第四端口，用于吸收所述第四端口传输的光信号。

可选地，所述阻隔器配置为芯模-包层模阻隔器；

和/或，所述阻隔器熔融连接于所述第四端口。

可选地，所述收发隔离系统还包括耦合光纤，所述耦合光纤连接于所述第二端口和所述阵元天线之间。

本发明还提出一种激光通信系统，包括前述任意一项所述的收发隔离系统，所述收发隔离系统包括：

本地激光器，用于发射本地光；

环形器，所述环形器至少包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述第一端口与所述第二端口光路导通，所述第二端口与第三端口光路导通，所述第一端口与所述本地激光器相对设置，用于接收所述本地激光器发射的本地光，进入所述第一端口的本地光信号可单向传输至所述第二端口；

阵元天线，所述阵元天线设于所述第二端口，用于接收所述第二端口传输的本地光信号，并将其发射至外部，所述阵元天线还用于接收外部设备发射的远程光，进入所述第二端口的远程光信号可单向传输至所述第三端口；以及

通信探测系统，所述通信探测系统设于所述第三端口，用于接收所述第三端口传输的远程光信号。

本发明的技术方案中，本地激光器发射的本地光通过第一端口进入环形器，并单向传输至第二端口，以通过设于第二端口的阵元天线向外发射本地光；阵元天线还可以用于接收远程光，以使远程光耦合输入为光纤中的光信号，并通过第二端口进入环形器，且单向传输至第三端口，以被设于第三端口的通信探测系统接收。如此，能够避免通信探测系统接收到本地光，从而基于环形器实现了本地光和远程光的收发隔离。并且，利用环形器等光纤器件代替传统的空间光镜片进行收发光束的分光、隔离，还可以使远程光以光纤中的光信号的形式传输至通信探测系统，以便于通信探测系统获取远程光的强度分布信息、相位信息等多种探测信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明收发隔离系统一实施例的结构图；

图2为图1中收发隔离系统的环形器的结构图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种收发隔离系统100。

请参照图1至图2，在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述收发隔离系统100包括：

本地激光器20，用于发射本地光；

环形器10，所述环形器10至少包括第一端口11、第二端口12以及第三端口13，所述第一端口11与所述第二端口12光路导通，所述第二端口12与第三端口13光路导通，所述第一端口11与所述本地激光器20相对设置，用于接收所述本地激光器20发射的本地光，进入所述第一端口11的本地光信号可单向传输至所述第二端口12；

阵元天线30，所述阵元天线30设于所述第二端口12，用于接收所述第二端口12传输的本地光信号，并将其发射至外部，所述阵元天线30还用于接收外部设备发射的远程光，进入所述第二端口12的远程光信号可单向传输至所述第三端口13；以及

通信探测系统40，所述通信探测系统40设于所述第三端口13，用于接收所述第三端口13传输的远程光信号。

本实施例中，收发隔离系统100包括本地激光器20、环形器10以及阵元天线30，其中，环形器10至少包括第一端口11、第二端口12以及第三端口13，第一端口11和第二端口12分别用于连接本地激光器20和环形器10，第三端口13用于连接通信探测系统40。其中，本地激光器20用于向环形器10的第一端口11发射本地光，当本地光进入所述第一端口11后，本地光信号可自第一端口11向第二端口12单向传输，并经由阵元天线30进行一次光纤－空间光耦合，以使本地光耦合入射到自由空间；阵元天线30还用于接收外部设备发射的远程光，以使自由空间中的远程光经由阵元天线30进行一次空间光－光纤耦合，以使远程光信号耦合进入环形器10的第二端口12，并自第二端口12向第三端口13单向传输。第三端口13传输的远程光信号则能够被通信探测系统40所接收，以通过通信探测系统40的探测装置等获取其中的强度分布信息、相位信息等多种探测信息。如此，可以基于环形器10的光路设置，实现收发光束的一级隔离，从而可以防止本地光对远程光信号的探测、接收以及处理产生影响。

需要说明的是，在激光通信领域中，远程目标源发出的激光进入到收发隔离系统100的相控阵阵元天线30后，可以通过收发隔离系统100的分光模块实现本地光和远程光的收发隔离。在相关技术中，分光模块由反射镜、折轴镜等空间光镜片组成，远程光通常以空间光的形式，通过分光模块的分光光路传输至通信探测系统40。但是，通过空间光的形式将远程光传输至通信探测系统40的方式，使通信探测系统40仅可检测获取空间光的强度分布信息，不便于通信探测系统40获取远程光的更多探测信息。

因此，可以理解的是，本发明的技术方案，能够基于环形器10实现了本地光和远程光的收发隔离。并且，利用环形器10等光纤器件代替传统的空间光镜片进行收发光束的分光、隔离，还可以使远程光以光纤中的光信号的形式传输至通信探测系统40，以便于通信探测系统40获取远程光的强度分布信息、相位信息等多种探测信息。

此外，还需要说明的是，相关技术中通过多个空间光镜片组成分光模块的设置方式，由于多个空间光镜片的排布间距较远，分光模块的体积大、重量重，分光模块与激光通信系统中的光学相控阵系统存在集成困难的问题。如需将分光模块所传输的空间光形式的远程光进行空间光－光纤耦合，则还需要先在原本的多个空间光镜片的基础上进一步添加用于将空间光进行缩束的一级缩束天线，以便后续进行光纤耦合和信号处理，再对空间光形式的远程光进行一次空间光－光纤耦合。如此，不仅进一步地增大了系统的体积重量和功耗，还会在光信号的传输过程中引入更多的误差，使系统更加复杂，进一步增加了分光模块的集成难度。

相比之下，本发明的技术方案利用环形器10等光纤器件代替传统的空间光镜片进行收发光束的分光隔离，由于光纤器件不受空间光光路排布限制，相对于相关技术中设置空间光镜片的技术方案，可以使收发隔离系统100的结构更加紧凑，并有利于减小收发隔离系统100的体积和重量，使得本发明的收发隔离系统100更加适用于光学相控阵系统。

请参照图1至图2，在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述收发隔离系统100还包括滤波器50，所述滤波器50设于所述第三端口13，用于隔离本地光信号进入所述通信探测系统40。

可知的，在理想状态下，通过本地激光器20发射的本地光能够自第一端口11向第二端口12单向传输，以通过阵元光线向外发射；通过阵元天线30接收的远程光能够自第二端口12向第三端口13单向传输，以被设于第三端口13的通信探测系统40所接收，如此可以实现收发光束的隔离。但是，由于环形器10自身的性能影响，难以做到完全的收发光束隔离，小部分本地光还可能自第一端口11向第三端口13传输。需要说明的是，在星间激光通信系统中，远程光一般为百/千公里外发射过来的激光，激光在经过百/千公里衰减后，到达阵元天线30时的光能量较低，相对的，本地激光器20发射的本地光则具有较高的能量，也即，收发隔离系统100中的本地光的光能量远大于远程光的光能量。因此，即使只有小部分本地光传输至第三端口13，也会对远程光信号的探测、接收以及处理产生较大影响。

为此，本发明的技术方案，在环形器10的第三端口13还设有滤波器50，可以通过滤波器50隔离本地光信号进入通信探测系统40，如此，可以基于滤波器50，实现收发光束的二级隔离，从而能够提高收发隔离系统100的隔离度。

请参照图1，在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述滤波器50为反射型光纤光栅，所述反射型光纤光栅的反射波长范围与所述本地激光器20的发射波长范围相一致。

本实施例中，滤波器50包括反射型光纤光栅，具体可以设置为反射式带通短周期光纤光栅如光纤布拉格光栅，且反射型光纤光栅的反射波长范围与本地激光器20的发射波长范围相一致，如此，可以通过反射型光纤光栅反射自第一端口11传输至第三端口13的本地光，以使本地光重新进入第三端口13，由此可以避免本地光对远程光信号的探测、接收以及处理产生影响。

在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述反射型光纤光栅的栅距可调节设置，以对应调节所述反射型光纤光栅的反射波长。

本实施例中，反射型光纤光栅的栅距可调节设置，具体调节方式可以根据反射型光纤光栅的类型对应配置，可以但不限于采用机械调节、热控调节等方式。通过调节反射型光纤光栅的栅距，可以依照实际使用需求，灵活调节反射型光纤光栅的反射波长，使其能够对应匹配不同波长要求的本地光。

可以理解的是，相关技术中，由空间镜组成的分光模块常通过设置滤光片的方式透过特定波长的激光，对本地光的兼容性较差。例如，当激光通信系统要求C波段激光均可以用作通信光时，则需要配备多片滤光片来匹配不同波长要求，且每次一更换调滤光片，均需要重新进行分光模块的光路装调，难以保证装调效率和装调精度。相比之下，本发明的技术方案通过使反射型光纤光栅的栅距可调节设置，能够灵活调节所述反射型光纤光栅的反射波长，使其匹配不同的通信光波长需求，从而可以提高收发隔离系统100的使用灵活度和兼容性。

在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述反射型光纤光栅设有若干，若干所述反射型光纤光栅自所述第三端口13朝向所述通信探测系统40依次排布并连接设置。

需要说明的是，通过一个反射型光纤光栅，即可实现收发光束的二级隔离；进一步地，如本实施例中自第三端口13朝向通信探测系统40依次排布并连接设置若干反射型光纤光栅，以使若干反射型光纤光栅串联连接于环形器10的第三端口13和通信探测系统40之间，从而可以实现收发隔离系统100的更高的隔离度。其中，反射型光纤光栅的数量可以依照实际的隔离度需求自行设置，以使其数量不过少，从而可以满足收发隔离系统100的隔离度需求，并使其数量不至于过多而增加了收发隔离系统100的生产成本，并影响远程光自第三端口13向通信探测系统40的传输。

可以理解的是，相关技术中，由于发射光束在空间光镜片的元件表面后向散射的存在，分光模块的分光性能也无法实现对收发光束进行完全隔离。因而，当光信号的发射功率进一步提升以适应更远距离通信时，传统的分光光路的隔离性能也无法满足光学相控阵通信系统的要求。相比之下，本发明的技术方案通过使反射型光纤光栅的数量可调节设置，能够灵活调节收发隔离系统100的隔离度，以适应光学相控阵通信系统的要求。

也即，本发明的技术方案通过使反射型光纤光栅的栅距可调节设置、反射型光纤光栅的数量可调节，能够方便地重构收发隔离系统100，以使其匹配不同的通信光波长需求和隔离度需求，从而具有了较好的使用灵活度和兼容性。

请参照图1至图2，在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述环形器10还包括第四端口14，所述第三端口13与所述第四端口14光路导通，进入所述第三端口13的光信号可单向传输至所述第四端口14。

如此，当本地激光器20发射的小部分本地光通过环形器10自第一端口11向第三端口13传输，并通过第三端口13处的反射型光纤光栅的反射作用，重新进入第三端口13后，能够单向传输至第四端口14处，以便于后续对该部分本地光进行处理。

进一步地，请参照图1至图2，在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述收发隔离系统100还包括阻隔器60，所述阻隔器60设于所述第四端口14，用于吸收所述第四端口14出射的光信号。

如此，可以通过阻隔器60吸收前述的反射型光纤光栅的反射作用下重新进入第三端口13，并自第三端口13传输至第四端口14的本地光信号，从而可以使收发隔离系统100具备更高效率的隔离增益，且可以避免本地光信号从第四端口14出射后对系统的其他部件造成影响。

当然，本发明的阻隔器60也可以是用于吸收自第二端口12传输至第四端口14的远程光信号等，在此不作限定。

在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述阻隔器60配置为芯模-包层模阻隔器。

可知的，光纤可视为自内向外依次设置为纤芯、包层及环境层的三层结构，光信号可以耦合到包层和纤芯中，并产生芯模和包层模。因此，本发明通过将阻隔器60配置为芯模-包层模阻隔器，可以有效吸收第四端口14所传输的光信号。

当然，本发明的技术方案不限于此，在一些实施例中，阻隔器60也可以是配置为芯模阻隔器或其他的阻隔器类型，具体实施方式可以依照实际需求自行设置。

在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述阻隔器60熔融连接于所述第四端口14。

如此，可以使阻隔器60和环形器10一体化设置，从而有利于提高收发隔离系统100的集成度和结构稳定性。

请参照图1，在发明收发隔离系统100的一些实施例中，所述收发隔离系统100还包括耦合光纤70，所述耦合光纤70连接于所述第二端口12和所述阵元天线30之间。

本实施例中，通过第二端口12和阵元天线30之间设置耦合光纤70，则可以通过耦合光纤70调节、提升光信号的耦合效率。当然，本发明的技术方案不限于此，在一些实施例中，阵元天线30也可以直接连接至环形器10第二端口12，如此，有利于降低收发隔离系统100的体积和成本，具体实施方式可以依照实际需求自行设置。

本发明还提出一种激光通信系统，该激光通信系统包括前述任一实施例中所述的收发隔离系统100，所述收发隔离系统100的具体结构参照前述任一实施例。由于本申请提出的激光通信系统可应用前述所有实施例中的全部技术方案，因此至少具有前述技术方案带来的全部有益效果，在此不一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种收发隔离系统，其特征在于，包括：

本地激光器，用于发射本地光；

环形器，所述环形器至少包括第一端口、第二端口以及第三端口，所述第一端口与所述第二端口光路导通，所述第二端口与第三端口光路导通，所述第一端口与所述本地激光器相对设置，用于接收所述本地激光器发射的本地光，进入所述第一端口的本地光信号可单向传输至所述第二端口；

阵元天线，所述阵元天线设于所述第二端口，用于接收所述第二端口传输的本地光信号，并将其发射至外部，所述阵元天线还用于接收外部设备发射的远程光，进入所述第二端口的远程光信号可单向传输至所述第三端口；以及

通信探测系统，所述通信探测系统设于所述第三端口，用于接收所述第三端口传输的远程光信号。

2.如权利要求1所述的收发隔离系统，其特征在于，所述收发隔离系统还包括滤波器，所述滤波器设于所述第三端口，用于隔离本地光信号进入所述通信探测系统。

3.如权利要求2所述的收发隔离系统，其特征在于，所述滤波器为反射型光纤光栅，所述反射型光纤光栅的反射波长范围与所述本地激光器的发射波长范围相一致。

4.如权利要求3所述的收发隔离系统，其特征在于，所述反射型光纤光栅的栅距可调节设置，以对应调节所述反射型光纤光栅的反射波长。

5.如权利要求3所述的收发隔离系统，其特征在于，所述反射型光纤光栅设有若干，若干所述反射型光纤光栅自所述第三端口朝向所述通信探测系统依次排布并连接设置。

6.如权利要求1至5任一项所述的收发隔离系统，其特征在于，所述环形器还包括第四端口，所述第三端口与所述第四端口光路导通，进入所述第三端口的光信号可单向传输至所述第四端口。

7.如权利要求6所述的收发隔离系统，其特征在于，所述收发隔离系统还包括阻隔器，所述阻隔器设于所述第四端口，用于吸收所述第四端口传输的光信号。

8.如权利要求7所述的收发隔离系统，其特征在于，所述阻隔器配置为芯模-包层模阻隔器；

和/或，所述阻隔器熔融连接于所述第四端口。

9.如权利要求1至5任一项所述的收发隔离系统，其特征在于，所述收发隔离系统还包括耦合光纤，所述耦合光纤连接于所述第二端口和所述阵元天线之间。

10.一种激光通信系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的收发隔离系统。