CN2494580Y - 新型大气激光通信装置 - Google Patents

Abstract

本装置是一种在强日光噪声下进行光通信的装置,通过在准直、x方向线偏振的激光信号源(1)和窄视场接收机(3)之间建立一条光信号通道,并采用滤波片(4)滤波,把光噪声限制在(3)的视场空间范围内和(4)通带的光谱段,利用(1)破坏自然光噪声在两个正交的偏振方向x、y上的分布对称,通过两个相同的PIN光电二极管测量,并比较它们的输出电压的大小,来判断信号源(1)是发射还是关闭,从而实现数据的传递。

Description

新型大气激光通信装置

本实用新型涉及一种在强日光噪声下进行激光信号发射、检测的装置。

通过空气传输激光信号，受到日光、空气的散射光形成的噪声以及传输衰减的影响，目前现有的光信号检测技术中，一种采用直接检测，为了提高信噪比，常采用提高信号发射功率的方式，但在长距离传输时，会受到传输衰减的限制；一种是采用相干检测，在接收端采用一个和信号源相干的光源，通过他们之间的干涉作用来实现信号的检测，对噪声中的微弱的信号有很好的探测能力，但成本昂贵；由于这样的缺点，使大气激光通信产品未被广泛采用。

本装置的目的是提供一种构造简单，成本低廉的信号发射、检测装置，在空气散射光噪声很强的情况下，接收端光电转换后对噪声的响应很微弱，但是微弱的光信号却可以得到很强的输出响应，这样就为后续的信号分析电路提供了一个很高信噪比的输入源信号。

本装置的信号发射源(1)采用线偏振的准直激光束光源，它发出的激光束光斑覆盖远处的接收机光阑(2)；接收机(3)采用经典的望远镜，并使信号发射源(1)位于它的视场中央，这样就实现了信号发射源(1)和接收机(3)的对准，(1)的光信号能量大部分进入接收机(3)，调制信号发射源(1)的开或关时，接收端可以探测到信号功率的这一变化。为了屏蔽掉强光噪声对信号检测的干扰，本装置采用三个步骤来削弱光噪声的影响。

一，  采用窄视场的望远镜，限制进入接收机(3)的光场的方向在一个

   包括发射源(1)的很小的立体角内，它近似一个以z方向为轴的，接

   收机光阑中心为顶点的圆锥，这样能降低从接收机(3)输出的光噪声

   通量；

二，  在接收机(3)的输出端放置一块窄带的滤波片(4)，它的通带被

   信号源的谱带所覆盖，这样就把起作用的光噪声限制在(4)的通带内，

   其余谱带的光噪声都被屏蔽掉了，同时充分地利用了信号源发射功率，

   有利于提高信噪比；

三，  利用光噪声在偏振方向上分布的对称性，把(4)滤波后的光按照

   两个正交的方向x、y分开，光噪声功率被分成大小相等的两份，把分

   开的两路光噪声分别投射到相同的PIN光电二极管(8)和(7)上，

   光电转换后他们产生的电压相等，输出端A，B之间没有电压输出。当

   x方向偏振的信号源(1)发射时，使x方向的光功率变大，这样(8)

   比(7)产生更高的光生电压，使得A、B端产生电压；当(1)关闭时，

    A、B端的电压会迅速消失，这样在A、B端产生了一个随信号发射源

   (1)的开或关而变化的电压信号。实现了信号的传递。

由于该装置检测的是x方向的线偏振光信号存在时，对光噪声在偏振方向上对称分布的平衡的破坏，所以无论外界的噪声多么强，只要它在偏振方向上是对称分布的，就不会对信号检测产生丝毫的影响。

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型作做进一步的详细描述。

图1是发射、接收装置的光路原理图。

图2是光电转换单元(6)的电路图。

图1描述的光通信装置中，(3)是一个窄视场的望远镜，它的视场是一个立体角很小的锥体范围，信号源(1)位于(3)的视场中央，它是一个偏振方向为x的激光光源，它发出一束z方向的，波长1微米，谱宽10nm左右的准直激光束，发散角在1mrad以内，和(3)相互对准，这束激光束在(3)看来可近似为一束平行光。同时进入接收机光阑(2)的光还有(3)视场内的空气散射光，这一噪声在x、y方向上对称分布，(3)的作用是限制这一光噪声的通量，同时提高信号光的光流密度，这样就在信号源(1)和接收机(3)之间通过空气建立一条光信号链路。

该装置中的(4)是一块窄带的滤波片，它的通带是以波长1微米为中心的一个区域，通带宽比谱宽10nm略小，这样可以屏蔽通带以外的光噪声，而让大部分的信号光通过，大大提高信噪比。

经过(4)滤波后的光还含有一定量的光噪声，进入分光晶体(5)后，x偏振方向上的光波被全部透射，y偏振方向的光波被全部反射，从而把光噪声功率分成大小相等的两份，构造两个相同的噪声源。把分开的两路光再通过透镜X、Y分别聚焦到高速的PIN光电二极管(8)和(7)上进行光电转换，调整R的大小，补偿(7)、(8)的微小差异，可以使输出端A，B之间在不附加信号的时候没有大的电压输出，这和光噪声在x、y方向上对称分布相对应，这时的输出主要是光电二极管自身的散弹噪声、暗电流等电路内部产生的噪声电压，它和光信号光电转换产生的电压相比很小。当调制信号源(1)时，将会出现两种情况：

一，  信号源(1)发射时，用逻辑1表示，(8)将比(7)收到的光功率

   多，从而产生更高的光生电压，使得AB端产生一个电压输出；

二，  当信号源(1)关闭，用逻辑0表示，(8)和(7)收到的光功率相

   等，A、B端的电压会迅速地消失，回到原来的平衡状态，相当于一个

   低电平。

这样就在A、B端产生了一个随信号源(1)的功率变化而变化的电压信号，用它取代现有的光接收模块中的PIN光电二极管的输出电压信号，这一电压信号有更好的信噪比，和更好的抗干扰的能力。从A、B端看进去，(5)和(6)可以等效为一个偏振光探测器，它对偏振态对称分布的光噪声没有响应，而对某一特定方向的偏振光信号却有很灵敏的响应，这样只要高速地开关调制这一偏振方向的光信号源，即使外界的光噪声很强，也能把数据信号准确地传送到接收端。

Claims (5)

1，在强光噪声条件下进行光通信的装置，通过线偏振的准直激光束光源(1)和远处的接收机(3)相互对准，在空气中形成一条光信号通道；接收机(3)采用窄视场的望远镜，限制从(3)输出的光噪声通量；在接收机(3)的输出端放置一块窄带的滤波片(4)，它的通带被信号发射源(1)的谱带所覆盖，把有效的光噪声限制在(4)的通带范围内，屏蔽其余谱带的光噪声，同时充分利用信号源的发射功率，提高信噪比；其特征在于：利用光噪声在偏振方向上分布的对称性，把(4)滤波后的光功率通过分光晶体(5)分成大小相等的两份，把分开的两路光噪声分别投射到相同的两个高速PIN光电二极管(7)和(8)上进行光电转换，并对它们的输出电压进行比较，使输出端A，B之间在不加光信号的时候没有大的电压输出(这时的输出主要来自于光电二极管自身的散弹噪声，暗电流等电路内部产生的噪声电压，和信号光电转换产生的电压相比很小)，这和噪声偏振态的对称分布相对应；当信号源(1)发射信号光，破坏这种对称，使x偏振方向上有更多的光功率分布，(8)比(7)收到的光功率大，从而产生更高的光生电压，使得A、B端产生电压；当信号源(1)关闭时，A、B端的电压会迅速地消失，回到原来的平衡状态。这样在A、B端得到一个随信号发射源(1)的功率变化而变化的电压信号，这一电压信号有很高的信噪比，放大后就可以进行逻辑判决，实现了调制在信号源(1)上的高速的信息传送到接收端。

2，根据权利要求1所述的装置，其特征是两个相同的PIN二极管(8)和(7)分别作为x、y偏振方向的光探测器，通过比较它们的光生电压的大小来测量哪个方向上的光功率大。

3，根据权利要求1所述的装置，其特征是滤波片(4)把通过的光噪声限制在其通带内，并使(4)的通带比信号源(1)谱带稍小，充分利用发射源的功率，提高信噪比。

4，根据权利要求1所述的装置，其特征是采用窄视场望远镜作为接收增益天线，限制从(3)输出的光噪声只有在(3)视场范围内的部分，并增加信号的光流密度。

5，根据权利要求1所述的装置，其特征是发射源采用线偏振的准直激光束作为光信号发射源，其发散角在1mrad以内。

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