本發(fā)明涉及空間光到光纖光耦合，特別是一種光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置，該裝置是一種自由空間光與光纖光具有高耦合效率的裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠、易于集成、高耦合效率和高抗干擾能力的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)比較優(yōu)良的空間光通信傳輸信道。

背景技術(shù)：

空間相干激光通信是自由空間遠距離通信實現(xiàn)Gbit/s以上數(shù)據(jù)傳輸速率的唯一技術(shù)手段。相干探測技術(shù)大大提高了接收機的靈敏度和中繼距離,具有優(yōu)良的波長選擇性和抗背景噪聲性能,可發(fā)展成為頻率間隔更小的波分復(fù)用系統(tǒng),并且可使用多種調(diào)制方式,特別適用于碼率在Gb/s量級、傳輸距離在幾萬千米的自由空間激光通信。基于自差和外差探測方式的相干激光通信具有較高的探測靈敏度，是實現(xiàn)高碼率、小型化、輕量化和低功耗遠距離激光通信終端的關(guān)鍵體制。對于相干激光通信自差探測方式需要將空間激光耦合進單模光纖，外差探測方式需要將空間激光與空間激光耦合。因此如何使空間激光與單模光纖耦合、空間激光和空間激光耦合始終具有較高的耦合效率，是高碼率、小型化、輕量化和低功耗遠距離空間相干激光通信的一個關(guān)鍵技術(shù)。

光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置針對空間光到光纖光耦合，通過模場匹配，采用章動的原理，建立理論模型準確定位光斑相對于探測器中心的位置，從而給出控制信號，以驅(qū)動聲光移頻器、聲光偏轉(zhuǎn)器使光束產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，獲得始終具有較高的耦合效率的空間光與光纖光耦合。對于空間光到光纖光耦合，通過2*4 90°橋接器產(chǎn)生相位誤差信號控制聲光移頻器，使空間光與光纖光始終具有較高的耦合效率。

現(xiàn)有方案參閱文獻(1)，Thomas Weyrauch,Mikhail A.Vorontsovet.al..“Fiber coupling with adaptive optics for free-space optical communication,”Proc.SPIE,Vol.4489,pp.177-184,2002，利用可變形鏡、波前傳感器實現(xiàn)空間激光通信的光纖耦合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置，該裝置根據(jù)本振光束光軸的位置，準確定位信號光相對于探測器中心的位置，始終保持空間光與光纖光耦合具有較高的耦合效率。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠、易于集成、高耦合效率和高抗干擾能力的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)比較優(yōu)良的空間光通信傳輸信道。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置，其特點在于包括第一聲光移頻器、第二聲光移頻器、第一聲光偏轉(zhuǎn)器、第二聲光偏轉(zhuǎn)器、光纖準直器、計算機、堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器、混頻器、具有相同結(jié)構(gòu)的四個光楔對、具有相同結(jié)構(gòu)的四個耦合透鏡和具有相同結(jié)構(gòu)的四個探測器，上述元部件的位置關(guān)系如下：

所述的堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器具有四個出射端面和兩個入射端面，一個入射端面膠合四分之一波片，該四分之一波片的光軸與所述的堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器的底面成45°；

沿入射的信號光方向依次是所述的第一聲光移頻器、第二聲光移頻器、光纖準直器、第一聲光偏轉(zhuǎn)器、第二聲光偏轉(zhuǎn)器并垂直入射到所述的堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器的四分之一波片的中心，入射的自由空間本振光垂直入射到所述的堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器的另一個入射端面的中心，所述的信號光與自由空間本振光在堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器中產(chǎn)生四個合束光束并分別經(jīng)堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器的四個出射端面輸出，在每個合束光束的輸出方向依次是所述的光楔對、耦合透鏡和探測器；

四個探測器的輸出端經(jīng)高頻線與所述的混頻器的輸入端相連，該混頻器的輸出端一端作為信號輸出，一端經(jīng)高頻線與所述的計算機的輸入端相連，該計算機的控制信號輸出端分別經(jīng)電線與所述的第一聲光移頻器、第二聲光移頻器、第一聲光偏轉(zhuǎn)器和第二聲光偏轉(zhuǎn)器的控制端連接，所述的計算機的控制信號使所述的信號光束作圓周運動，并控制所述的信號光束運動中心與本振光束的中心保持同軸。

本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

本發(fā)明光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置，通過改變聲光移頻器的頻率，控制聲光偏轉(zhuǎn)器使信號光束在探測器的探測面上圍繞本振光束做同軸的圓周運動，當信號光束運動的光軸偏離本振光的光軸時，探測器探測到的信號變化傳遞給計算機，計算機控制聲光移頻器和聲光偏轉(zhuǎn)器改變信號光束圓周運動的運動中心位置和圓周大小，使探測器探測的信號保持最大。根據(jù)本振光束光軸的位置，準確定位信號光相對于探測器中心的位置，始終保持空間光與光纖光耦合具有較高的耦合效率。

本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠和易于集成的優(yōu)點，可以獲得高的耦合效率，有很強的濾除背景光能力，可以進一步提高抗干擾能力，能夠?qū)崿F(xiàn)比較優(yōu)良的空間光通信傳輸信道。

本發(fā)明光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置，不需要可變形鏡、波前傳感器等位置探測裝置，即可實現(xiàn)系統(tǒng)光軸穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。

請參閱圖1，圖1是本發(fā)明光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。也是本發(fā)明的一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明光束耦合的光軸穩(wěn)定裝置，包括第一聲光移頻器1、第二聲光移頻器2、光纖準直器3、第一聲光偏轉(zhuǎn)器4、第二聲光偏轉(zhuǎn)器5、計算機6、堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器11、混頻器12、具有相同結(jié)構(gòu)的四個光楔對8、具有相同結(jié)構(gòu)的四個耦合透鏡9和具有相同結(jié)構(gòu)的四個探測器10，信號輸出端14上述元部件的位置關(guān)系如下：

所述的堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器11具有四個出射端面和兩個入射端面，一個入射端面膠合有四分之一波片13，該四分之一波片13的光軸與所述的堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器11的底面成45°；

沿入射的信號光方向依次是所述的第一聲光移頻器1、第二聲光移頻器2、光纖準直器3、第一聲光偏轉(zhuǎn)器4、第二聲光偏轉(zhuǎn)器5并垂直入射到所述的堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器11的四分之一波片13的中心，入射的自由空間本振光7垂直入射到所述的堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器11的另一個入射端面的中心，所述的信號光與自由空間本振光7在堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器11中產(chǎn)生四個合束光束并分別經(jīng)堆棧集成結(jié)構(gòu)光橋接器11的四個出射端面輸出，在每個合束光束的輸出方向依次是所述的光楔對8、耦合透鏡9和探測器10；

四個探測器10的輸出端經(jīng)高頻線與所述的混頻器12的輸入端相連，該混頻器12的輸出端一端作為信號輸出，一端經(jīng)高頻線與所述的計算機6的輸入端相連，該計算機6的控制信號輸出端分別經(jīng)信號線與所述的第一聲光移頻器1、第二聲光移頻器2、第一聲光偏轉(zhuǎn)器4和第二聲光偏轉(zhuǎn)器5的控制端連接，所述的計算機6的控制信號使信號光束作圓周運動，并控制所述的信號光束運動中心與本振光束7的中心保持同軸。

當信號光束運動的光軸與本振光束的光軸在探測器的探測面上同軸時，干涉場為零場，探測器探測到的信號最強，當信號光束運動的光軸偏離本振光光軸時，干涉場條紋增加，探測器探測到的信號減弱，探測器將探測到的信號變化傳遞給計算機，計算機控制所述的聲光移頻器和聲光偏轉(zhuǎn)器改變信號光束圓周運動的運動中心位置和圓周大小，使探測器探測的信號保持最大。本發(fā)明裝置根據(jù)本振光束光軸的位置，準確定位信號光相對于探測器中心的位置，始終保持空間光與光纖光耦合具有較高的耦合效率。

下面是實施例的具體參數(shù)：第一光纖準直器3型號為F810APC-1550，計算機6反饋到第一聲光偏轉(zhuǎn)器4、第二聲光偏轉(zhuǎn)器5的兩路射頻信號之間延遲控制精度小于100ns，延遲時間調(diào)節(jié)范圍0.1～10μs，所述的堆棧集成光橋接器11的結(jié)構(gòu)尺寸為12.7mm×12.7mm×12.7mm。四對光楔對8尺寸完全相同為φ12.7mm×2mm。耦合透鏡9的尺寸相同均為φ14mm，焦距15mm。

本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，易于集成，可以獲得高的耦合效率，有很強的濾除背景光能力，可以進一步提高抗干擾能力，能夠?qū)崿F(xiàn)比較優(yōu)良的空間光通信傳輸信道。