高混頻效率的空間光90°混頻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自由空間激光通信裝置，具體涉及一種高混頻效率的空間光90°混頻器，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光無線通信因具有通信容量大、傳輸速率高、保密性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)、重量輕、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在無線通信領(lǐng)域中是十分重要的通信方式，將在星地及星間高速無線通信的領(lǐng)域，對通信內(nèi)容的安全保密性要求較高的場合(比如政府、軍事部門、安全部門)，或者有強(qiáng)電磁干擾的場所(如戰(zhàn)場)等諸多場合中具有潛在的應(yīng)用前景。
[0003]相干激光通信以其高靈敏度、豐富的調(diào)制方式、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢，是未來遠(yuǎn)距離高速率的空間激光通信最佳途徑。其中2X4的空間光90°混頻器是影響零差相干激光通信靈敏度的核心器件，其基本作用是將信號光和本振光的波前進(jìn)行精確合成，產(chǎn)生相干混頻，如圖1所示，然后輸出兩束光的中頻信號進(jìn)入后端的探測器及相應(yīng)的信號處理電路進(jìn)行處理。
[0004]空間光90°混頻器性能在實(shí)際應(yīng)用中將受到大量因素影響，其中包括大氣湍流誤差、跟蹤誤差、信號光與本振光偏振態(tài)匹配程度、信號光與本振光形態(tài)匹配程度等。而傳統(tǒng)的空間光90°混頻器設(shè)計(jì)主要考慮空間混頻的復(fù)雜程度、裝調(diào)難易度等因素，其設(shè)計(jì)狀態(tài)只是適用于實(shí)驗(yàn)室理想平臺。而實(shí)際過程中大量因素將嚴(yán)重影響空間光混頻器的性能，乃至使得空間光90°混頻器混頻效率為零，從而使得相干激光通信中斷。因此高混頻效率、具有環(huán)境適應(yīng)性、低成本的空間光90°混頻器的設(shè)計(jì)是很有必要的。
[0005]中國專利申請?zhí)枮椤?01410363768.5”，發(fā)明名稱為“一種自由空間90°光混頻器”，該裝置采用改進(jìn)型橫向剪切干涉儀解決【背景技術(shù)】中平衡接收器兩路光路難以精確控制、體積受限和四路輸出光程差難以控制的問題。裝置結(jié)構(gòu)緊湊，簡單易行，可應(yīng)用于自由空間激光通信相干接收領(lǐng)域。不過該發(fā)明僅考慮理想狀態(tài)下的空間光混頻情況，而在實(shí)際應(yīng)用中該發(fā)明的混頻效率將受到嚴(yán)重惡化，無法適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中未來通信等領(lǐng)域發(fā)展。
[0006]文獻(xiàn)(相干光檢測系統(tǒng)中的偏振控制，李鐵，柯熙政，諶娟等，紅外與激光工程，2012，V41 (11)，P3069-3074)給出傳統(tǒng)相干接收中的偏振控制結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)需要根據(jù)信號光的偏振態(tài)檢測結(jié)果來調(diào)節(jié)本振光達(dá)到信號光和本振光偏振態(tài)一致的目的(偏振態(tài)一致，混頻效率最高)。不過該裝置存在以下缺陷:1)裝置針對外差相干通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在零差相干通信中采用該裝置需要對信號光分光從而降低了相干接收的靈敏度。2)裝置中3dB耦合器、偏振控制器均采用光纖器件，光信號均在光纖中進(jìn)行。而微弱信號光為空間光，需要進(jìn)一步耦合到單模光纖進(jìn)行偏振控制，而在大氣激光通信中空間光耦合到單模光纖中衰減較大。3)裝置中使用了復(fù)雜偏振控制器，增加算法和硬件的復(fù)雜度，參考文獻(xiàn)“Polarizat1nmeasurements through space to ground atmospheric propagat1n paths by using ahighly polarized laser source in space,Optics express,2009，17 (25):22333-22340，，可知，實(shí)際應(yīng)用中信號光多采用抗大氣湍流能力強(qiáng)的圓偏振光，激光通信大氣傳輸實(shí)驗(yàn)中圓偏振態(tài)基本不變，轉(zhuǎn)換為線偏振光進(jìn)行混頻時(shí)，僅偏振角度發(fā)生改變，針對此規(guī)律可簡化
目.Ο

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決現(xiàn)有的空間光90°混頻器環(huán)境適應(yīng)性差，本振光與信號光光斑不匹配、偏振角度不匹配引起混頻效率低，微弱信號光偏振態(tài)檢測和控制難，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提出了一種高混頻效率的空間光90°混頻器。
[0008]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0009]高混頻效率的空間光90°混頻器，其特征是，
[0010]入射空間信號光中心對準(zhǔn)第三四分之一波片和第一非偏振分束鏡下側(cè)面右部中心，電控偏振器通光口徑中心對準(zhǔn)第一非偏振分束鏡下側(cè)面左部中心；
[0011]第一平行平板和第二平行平板分別與第一非偏振分束鏡上側(cè)面右部中心和右側(cè)面上部中心對準(zhǔn)并緊貼；第一四分之一波片和第二四分之一波片中心分別與第一非偏振分束鏡上側(cè)面左部中心和右側(cè)面下部中心對準(zhǔn)；
[0012]第二非偏振分束鏡和第三非偏振分束鏡分別與第一平行平板和第二平行平板光軸對準(zhǔn)并緊貼；
[0013]第一直角反射棱鏡和第三直角反射棱鏡的直角面分別與第一四分之一波片和第二四分之一波片光軸對準(zhǔn)；第一直角反射棱鏡和第三直角反射棱鏡的另外一個直角面分別與第二非偏振分束鏡和第三非偏振分束鏡光軸對準(zhǔn)并緊貼；第一偏振分束鏡和第二偏振分束鏡分別與第二非偏振分束鏡和第三非偏振分束鏡右側(cè)面及上側(cè)面光軸對準(zhǔn)并緊貼；
[0014]平衡探測器位于第二偏振分束鏡上側(cè)面用于接收混頻后的兩路相位分別為0°及180°的光信號；平衡探測器與電功分器通過電纜連接，電功分器主支路用于信號解調(diào)，分支路依次與電控偏振器控制電路和電控偏振器通過電纜連接。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:1)本發(fā)明使用擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡和正透鏡將本振光光斑轉(zhuǎn)換為艾里斑，從而實(shí)現(xiàn)光斑匹配提高空間光混頻效率。2)根據(jù)大氣中偏振退化規(guī)律，提出通過平衡探測器輸出的電分量大小來控制本振激光偏振態(tài)的方案，使用電控偏振器、電功分器、電控偏振器控制電路和第三四分之一波片控制偏振態(tài)，達(dá)到本振光與信號光偏振態(tài)一致，具體為電分量越大表明偏振角度符合度越高，既改善了原有偏振控制裝置損耗信號光能量的缺點(diǎn)同時(shí)又提高實(shí)際應(yīng)用中的混頻效率。3)該空間光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)90°混頻，其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。
[0016]本發(fā)明空間光90°混頻器在民用大氣信道通信、軍事戰(zhàn)場通信、構(gòu)建天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是高靈敏度零差空間相干通信有著巨大應(yīng)用潛力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明高混頻效率的空間光90°混頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為I路幅度值隨偏振偏離角度變化圖。
[0019]圖3為整形前混頻效率隨接收面半徑變化圖。
[0020]圖4為整形后混頻效率隨接收面半徑變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明高混頻效率的空間光90°混頻器，包括以下部件:本振激光器
12、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡13、正透鏡14、電控偏振器15、第一非偏振分束鏡16、第二非偏振分束鏡21、第三非偏振分束鏡26，第一偏振分束鏡19、第二偏振分束鏡27，第一直角反射棱鏡18、第二直角反射棱鏡20、第三直角反射棱鏡25，第一平行平板22、第二平行平板23、第一四分之一波片17、第二四分之一波片24，平衡探測器28、電功分器29、電控偏振器控制電路30和第三四分之一波片31。
[0023]入射空間信號光中心對準(zhǔn)第三四分之一波片31和第一非偏振分束鏡16下側(cè)面右部中心，電控偏振器15通光口徑中心對準(zhǔn)第一非偏振分束鏡16下側(cè)面左部中心。
[0024]第一平行平板22和第二平行平板23分別與第一非偏振分束鏡16上側(cè)面右部中心和右側(cè)面上部中心對準(zhǔn)并緊貼；第一四分之一波片17和第二四分之一波片24中心分別與第一非偏振分束鏡16上側(cè)面左部中心和右側(cè)面下部中心對準(zhǔn)。
[0025]第二非偏振分束鏡21和第三非偏振分束鏡26分別與第一平行平板22和第二平行平板23光軸對準(zhǔn)并緊貼。
[0026]第一直角反射棱鏡18和第三直角反射棱鏡25的直角面分別與第一四分之一波片17和第二四分之一波片24光軸對準(zhǔn)；第一直角反射棱鏡18和第三直角反射棱鏡25的另外一個直角面分別與第二非偏振分束鏡21和第三非偏振分束鏡26光軸對準(zhǔn)并緊貼；第一偏振分束鏡19和第二偏振分束鏡27