本發(fā)明是一種用于自由空間激光通信的裝置，具體涉及到大視場接收的逆向調(diào)制無線通信裝置，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

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，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。

基于調(diào)制回復(fù)反射器的非對稱自由空間激光通信系統(tǒng)可用于對體積、功耗、重量限制較大的平臺上，如無人機(jī)、微小衛(wèi)星等。為此基于調(diào)制回復(fù)反射器自由空間激光通信系統(tǒng)是未來微小型空間激光通信發(fā)展趨勢之一。

中國專利”全雙工貓眼逆向調(diào)制回復(fù)自由空間激光通信系統(tǒng)”，申請?zhí)朇N201410592675.X，該發(fā)明在接收系統(tǒng)中采用了雙波長發(fā)射端、光纖電光調(diào)制器、光纖放大器，實現(xiàn)了全雙工高速遠(yuǎn)距離的逆向調(diào)制回復(fù)通信功能。該發(fā)明與傳統(tǒng)的調(diào)制回復(fù)系統(tǒng)相比，通信速率高、全雙工、通信距離遠(yuǎn)、結(jié)構(gòu)緊湊。但該系統(tǒng)中采用了準(zhǔn)直鏡來實現(xiàn)空間光耦合到單模光纖，受到單模光纖半徑和數(shù)值孔徑的限制，視場角范圍極小(遠(yuǎn)小于0.1°)，系統(tǒng)工作過程中對準(zhǔn)誤差、機(jī)械振動、熱膨脹等因素導(dǎo)致的接收系統(tǒng)入射角波動，耦合效率迅速降低，甚至中斷通信鏈路，使得遠(yuǎn)距離調(diào)制回復(fù)通信的對準(zhǔn)難度大大增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，通信質(zhì)量嚴(yán)重下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有光纖調(diào)制放大回復(fù)自由空間激光通信系統(tǒng)中所存在的鏈路對準(zhǔn)視場過小、系統(tǒng)要求精度高、鏈路穩(wěn)定性差的問題，提出了一種大視場逆向調(diào)制回復(fù)自由空間激光通信系統(tǒng)。

本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

大視場逆向調(diào)制回復(fù)自由空間激光通信系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括主通信端機(jī)和逆向調(diào)制回復(fù)端機(jī)兩部分，

主通信端機(jī)中，通信發(fā)射端連接到第一環(huán)行器的a端口，第一環(huán)行器的c端口與光電探測器相連，第一環(huán)行器的b端口連接耦合透鏡，卡塞格林望遠(yuǎn)鏡與耦合透鏡同軸放置；

逆向調(diào)制回復(fù)端機(jī)中，貓眼光學(xué)系統(tǒng)與曲面微透鏡陣列同軸放置，貓眼光學(xué)系統(tǒng)通過第一單模光纖陣列與1×2耦合器陣列連接；1×2耦合器陣列的高輸出功率端通過第二單模光纖陣列連接至N×1高速光開關(guān)，1×2耦合器陣列的低輸出功率端通過第三單模光纖陣列連接至高速光電探測器陣列，高速電探測器陣列連接控制器，控制器連接高速光開關(guān)，高速光開關(guān)的輸出端連接至第二環(huán)行器的d端，第二環(huán)行器的e端接入光纖放大器，光纖放大器的輸出端接入高速調(diào)制器，高速調(diào)制器輸出端接入第二環(huán)行器的f端。

本發(fā)明的有益效果是：首先，本發(fā)明采用貓眼光學(xué)系統(tǒng)將光信號耦合曲面微透鏡陣列，有效的增加了通信視場角范圍(可大于幾十度)，克服單模光纖數(shù)值孔徑小導(dǎo)致的視場角有限的問題，降低了通信鏈路對準(zhǔn)精度的要求，提高了通信鏈路的穩(wěn)定性與效率，增強(qiáng)了自由空間光通信系統(tǒng)的實用性。其次，采用高速光開關(guān)和控制器探測和分隔不同視場角返回鏈路的信號，使得入射信號能夠沿著原有入射方向平行出射，實現(xiàn)主端機(jī)對信號的接收。大視場調(diào)制回復(fù)自由空間光通信系統(tǒng)在天地衛(wèi)星通信、星間通信、無人機(jī)通信、地面基站間通信等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景，尤其是商用小型衛(wèi)星與地面的通信、民用小型無人機(jī)的通信等。

附圖說明

圖1為本發(fā)明大視場逆向調(diào)制回復(fù)自由空間激光通信裝置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做詳細(xì)說明。

如圖1所示，大視場逆向調(diào)制回復(fù)自由空間激光通信系統(tǒng)，主通信端機(jī)中，通信發(fā)射端1連接到第一環(huán)行器2的a端口，第一環(huán)行器2的c端口與光電探測器3相連，第一環(huán)行器2的b端口連接耦合透鏡4，卡塞格林望遠(yuǎn)鏡5與耦合透鏡4同軸放置。

逆向調(diào)制回復(fù)端機(jī)中，貓眼光學(xué)系統(tǒng)6與曲面微透鏡陣列7同軸放置，貓眼光學(xué)系統(tǒng)6通過第一單模光纖陣列17與1×2耦合器陣列8連接。1×2耦合器陣列8的高輸出功率端通過第二單模光纖陣列9連接至N×1高速光開關(guān)13，1×2耦合器陣列8的低輸出功率端通過第三單模光纖陣列10連接至高速光電探測器陣列11，高速電探測器陣列11通過電線連接控制器12，控制器12電線連接高速光開關(guān)13，高速光開關(guān)13的輸出端連接至第二環(huán)行器14的d端，第二環(huán)行器14的e端接入光纖放大器15，光纖放大器15的輸出端接入高速調(diào)制器16，再將高速調(diào)制器16輸出端接入第二環(huán)行器14的f端。

系統(tǒng)正常工作時，通信發(fā)射端1發(fā)出通信光經(jīng)由光纖從a端口進(jìn)入第一環(huán)行器2，由第一環(huán)行器2的b端口進(jìn)入耦合透鏡4，通信光再通過卡塞格林式望遠(yuǎn)鏡5準(zhǔn)直后發(fā)射進(jìn)入自由空間；經(jīng)過自由空間信道后，通信光由貓眼光學(xué)系統(tǒng)6接收，并入射至曲面微透鏡陣列7；光信號通過微透鏡陣列7耦合經(jīng)由第一單模光纖陣列17進(jìn)入1×2耦合器陣列8，經(jīng)1×2耦合器陣列8的高輸出功率端的光通過第二單模光纖陣列9進(jìn)入N×1的高速光開關(guān)13，經(jīng)1×2耦合器陣列8的低輸出功率端的光通過第三單模光纖陣列10進(jìn)入高速光電探測器陣列11，高速光電探測器陣列11探測到各光纖的工作狀態(tài)，將信號傳至控制器12，控制器12根據(jù)高速光電探測器陣列11的信息對高速光開關(guān)13進(jìn)行控制，將有光信號通過的光纖通路打開；光信號通過d端進(jìn)入第二環(huán)行器14，從第二環(huán)行器14的e端進(jìn)入光纖放大器15，光放大后的信號傳至高速調(diào)制器16，信息加載完成后進(jìn)入第二環(huán)行器14的f端口，再從第二環(huán)行器14的d端口通過先前打開的高速光開關(guān)13，依次經(jīng)由第二單模光纖陣列9、1×2耦合器陣列8、第一單模光纖陣列17、曲面微透鏡陣列7中相應(yīng)視場的微透鏡出射至貓眼光學(xué)系統(tǒng)6，再通過貓眼光學(xué)系統(tǒng)6準(zhǔn)直進(jìn)入大氣信道；通過卡塞格林望遠(yuǎn)鏡5接收進(jìn)入耦合透鏡4，進(jìn)而通過b端口經(jīng)由第一環(huán)行器2從c端口進(jìn)入高速光電探測器3，完成通信。

所述通信發(fā)射端1包括激光器、外置電光調(diào)制器和光纖放大器，可實現(xiàn)高功率高速率激光調(diào)制信號的產(chǎn)生。

所述貓眼光學(xué)系統(tǒng)6為三組以上雙分離透鏡組組成的大視場光學(xué)系統(tǒng)，可實現(xiàn)貓眼效應(yīng)。

所述曲面微透鏡陣列7位于貓眼光學(xué)系統(tǒng)6的焦平面。貓眼光學(xué)系統(tǒng)6可將通信光聚焦于曲面微透鏡陣列7表面，選用合適的數(shù)值孔徑，調(diào)制回復(fù)端機(jī)可高耦合效率接收、發(fā)射信號。貓眼光學(xué)系統(tǒng)6與曲面微透鏡陣列7的組合，可使系統(tǒng)以大視場角進(jìn)行通信，并且在邊緣視場仍能夠保持較高的耦合效率。

所述曲面微透鏡陣列7中器件數(shù)值孔徑，需要根據(jù)所設(shè)計的貓眼光學(xué)系統(tǒng)、微透鏡陣列曲率大小進(jìn)行計算選取，使耦合效率最大化。

所述曲面微透鏡陣列7的密集程度要根據(jù)不同應(yīng)用情況對視場連續(xù)性的需求，進(jìn)行合理的設(shè)置。

所述第一單模光纖陣列17的光纖端面位于曲面微透鏡陣列7的焦平面。

使用耦合器陣列8將各束光纖的傳輸狀態(tài)提取，通過控制系統(tǒng)12控制高速光開關(guān)13的光通路選取，可使得返回光信號按原路返回，從調(diào)制回復(fù)端機(jī)的出射光沿入射光的方向返回。

本發(fā)明隨著各類器件的集成化、小型化，響應(yīng)時間的不斷縮小，該系統(tǒng)的性能可進(jìn)一步提升，成本更低，體積與重量以及功耗進(jìn)一步降低，應(yīng)用會更為廣泛。