本地鎖相正交偏振自由空間相干光通信裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自由空間相干光通信，特別是一種本地鎖相正交偏振自由空間相干光 通信裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 星地激光通信中，更大的數(shù)據(jù)量需要更高的通信速率，相對于強度調(diào)制直接探測 的光通信方式，相干光通信機制由于其更高的理論極限靈敏度、更高的光譜效率以及更好 的抗背景光噪聲干擾等特性得到了研究者的廣泛關(guān)注。大氣干擾特別是大氣湍流導(dǎo)致大氣 折射率的空時隨機變化是影響星地相干激光通信的主要因素之一。與采用本振激光器和接 收的信號光進行零差或外差的相干探測方式相比，自差干涉接收探測方式無需對信號光和 本振光的相位差進行鎖定的復(fù)雜的光鎖相環(huán)系統(tǒng)或電鎖相環(huán)系統(tǒng)，而且能夠有效地克服大 氣湍流的相位干擾，使干涉光場空間波前相互匹配，增加探測效率。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)[1](參見XiaopingMa,JianfengSun,YananZhi,etal. ? Technologicalresearchofdifferentialphaseshiftkeyingreceiverinthe satellite-to-groundlasercommunication[C].SPIE, 2012, 8517:851714)和現(xiàn)有技術(shù) [2](參見中國科學院上海光學精密機械研究所.自相位差分干涉光信號接收裝置：中國， CN102594456B[P]. 2014. 10. 15.)中所述的基于馬赫-曾德爾干涉儀（MZI)的1位（1-bit) 差分相移鍵控（以下簡稱為DPSK)接收系統(tǒng)用來克服星地相干激光通信的大氣湍流干擾， 這是一種自差干涉接收探測方式，但是該結(jié)構(gòu)須引入兩組不同焦距的4-f系統(tǒng)進行光瞳匹 配并且兩支路的光程差根據(jù)不同的通信速率需要由機械元件驅(qū)動進行調(diào)節(jié)，且此結(jié)構(gòu)須在 接收端引入監(jiān)測光進行MZI的相位鎖定，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和實現(xiàn)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種本地鎖相正交偏振自由空間相干光通信裝置，結(jié)合星地相干激光 通信中自差干涉接收能夠克服大氣湍流的相位干擾及無需復(fù)雜的光鎖相環(huán)或電鎖相環(huán)等 優(yōu)點，針對DPSK接收結(jié)構(gòu)不易調(diào)節(jié)通信速率和須引入光瞳匹配系統(tǒng)的缺點設(shè)計了一種本 地鎖相正交偏振，該裝置在發(fā)射端引入本地鎖相系統(tǒng)補償發(fā)射正交偏振光路間的相位誤 差，發(fā)射正交偏振光分別由正向和反向微波數(shù)據(jù)信號進行相位調(diào)制并合束為同軸光束發(fā) 射，在接收端接收的信號光偏振干涉自差接收并由平衡探測器探測，最終恢復(fù)出發(fā)射的數(shù) 據(jù)信號。
[0005] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，發(fā)射正交偏振同軸光束并在 接收端采用自差干涉接收，能夠克服大氣干擾及多普勒頻移引入的相位誤差，無須復(fù)雜的 光鎖相環(huán)或電鎖相環(huán)系統(tǒng)；在發(fā)射端引入本地鎖相系統(tǒng)，簡化了接收端的結(jié)構(gòu)；采用互相 反向的數(shù)據(jù)信號驅(qū)動電壓分別驅(qū)動第一光相位調(diào)制器和第二光相位調(diào)制器，降低了加載到 單個相位調(diào)制器上的電壓范圍；在不對光路進行任何調(diào)整的前提下改變數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生速率 即可改變系統(tǒng)的通信速率，靈活性高。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0007] -種本地鎖相正交偏振自由空間相干光通信裝置，由發(fā)射端和接收端構(gòu)成，其特 點在于：
[0008] 所述的發(fā)射端包括單頻單模激光器、光纖偏振分束器、光纖拉伸器、第一光相位調(diào) 制器、第二光相位調(diào)制器、數(shù)據(jù)信號發(fā)生器、微波放大器、第一光纖準直器、第二光纖準直 器、第一發(fā)射半波片、第二發(fā)射半波片、第一偏振分束棱鏡、第三發(fā)射半波片、第二偏振分束 棱鏡、第一直角棱鏡、第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡、第一平衡探測器和環(huán)路濾波器，所述的 單頻單模激光器輸出的激光經(jīng)所述的光纖偏振分束器分為正交偏振的第一光纖支路和第 二光纖支路，第一光纖支路與所述的第一光相位調(diào)制器的光輸入端連接，第二光纖支路與 所述的光纖拉伸器的光輸入端連接，該光纖拉伸器的光輸出端與第二光相位調(diào)制器的光輸 入端連接，所述的第一光相位調(diào)制器和第二光相位調(diào)制器的參數(shù)相同，所述的數(shù)據(jù)信號發(fā) 生器的輸出端與微波放大器的輸入端連接，所述的微波放大器的第一輸出端和第二輸出端 分別與第一光相位調(diào)制器和第二光相位調(diào)制器的微波輸入端連接，所述的第一光相位調(diào)制 器的光輸出端與所述的第二光纖準直器的光輸入端相連，第二光相位調(diào)制器的光輸出端與 所述的第一光纖準直器的光輸入端相連，第一光纖準直器的輸出光束通過第一發(fā)射半波片 輸出至第一偏振分束棱鏡，第二光纖準直器的輸出光束經(jīng)第二發(fā)射半波片輸出至第一偏振 分束棱鏡，所述的第一偏振分束棱鏡將輸入光束分束為兩光路，一光路發(fā)射至接收端，另 一光路經(jīng)第三發(fā)射半波片、第二偏振分束棱鏡分為透射光束和反射光束，所述的透射光束 經(jīng)第一聚焦透鏡聚焦至第一平衡探測器的一個探測面上，所述的反射光束經(jīng)第一直角棱鏡 反射、第二聚焦透鏡聚焦至第一平衡探測器的另一個探測面上，所述的第一平衡探測器的 輸出端接環(huán)路濾波器的輸入端，該環(huán)路濾波器的輸出端接所述的光纖拉伸器的第二輸入 端；
[0009] 所述的接收端包括接收半波片、第三偏振分束棱鏡、第二直角棱鏡、第三聚焦透 鏡、第四聚焦透鏡、第二平衡探測器和A/D變換器；
[0010] 所述的發(fā)射端發(fā)射的同軸正交偏振光信號經(jīng)接收半波片旋轉(zhuǎn)其偏振態(tài)并通過第 三偏振分束棱鏡分為兩路光束，其中一路光束通過第四聚焦透鏡聚焦至第二平衡探測器的 一個探測面，另一路光束經(jīng)過第二直角棱鏡反射并通過第三聚焦透鏡聚焦至第二平衡探測 器的另一個探測面上，第二平衡探測器的輸出端連接A/D變換器的輸入端，第二平衡探測 器的輸出信號經(jīng)過所述的A/D變換器轉(zhuǎn)換恢復(fù)出原始的發(fā)射數(shù)據(jù)。
[0011] 所述的數(shù)據(jù)信號發(fā)生器的輸出端與微波放大器的輸入端連接，數(shù)據(jù)信號發(fā)生器輸 出的方波微波數(shù)據(jù)信號經(jīng)過微波放大器放大為正向的電平值在0到V"/2之間變化的方波驅(qū) 動信號和與之反向的電平值在0到-V1^2之間變化的方波驅(qū)動信號，其中V"/2代表使通過 第一光相位調(diào)制器或第二光相位調(diào)制器的光信號變化JT/2相位所需的驅(qū)動電壓。微波放 大器的第一輸出端和第二輸出端分別與第一光相位調(diào)制器和第二光相位調(diào)制器的微波輸 入端連接，所述的正向的方波驅(qū)動信號與反向的方波驅(qū)動信號分別由微波放大器的第一輸 出端和第二輸出端輸出并加載到第一光相位調(diào)制器和第二光相位調(diào)制器上，對通過第一光 相位調(diào)制器和第二光相位調(diào)制器的光信號進行相位調(diào)制。所述的的第一光相位調(diào)制器的光 輸出端與所述的第二光相位調(diào)制器的光輸出端分別連接所述的第一光纖準直器和第二光 纖準直器的光輸入端，第一光纖準直器的輸出光束通過第一發(fā)射半波片旋轉(zhuǎn)偏振態(tài)并輸出 至第一偏振分束棱鏡，第二光纖準直器的輸出光束通過第二發(fā)射半波片旋轉(zhuǎn)偏振態(tài)并輸出 至第一偏振分束棱鏡，所述的第一偏振分束棱鏡將輸入光束分束為兩光路，兩光路均由同 軸正交偏振的光信號構(gòu)成，其中一個光路發(fā)射至接收端，另一光路通過所述的第三發(fā)射半 波片，通過第三發(fā)射半波片的光束經(jīng)第二偏振分束棱鏡分光，其中一路通過第一聚焦透鏡 聚焦至第一平衡探測器的一個探測面上，另一光路通過第一直角棱鏡反射，然后通過第二 聚焦透鏡聚焦至第一平衡探測器的另一個探測面上，所述的第一平衡探測器的輸出端連接 環(huán)路濾波器的輸入端，環(huán)路濾波器的輸入端連接光纖拉伸器的微波輸入端，所述的第一平 衡探測器的輸出信號經(jīng)環(huán)路濾波器濾波，環(huán)路濾波器的輸出信號驅(qū)動光纖拉伸器進行相位 補償；
[0012] 本發(fā)明具有如下特點：
[0013] 1、采用互相反向微波信號驅(qū)動電壓分別驅(qū)動第一光相位調(diào)制器和第二光相位調(diào) 制器，降低了加載到單個相位調(diào)制器上的電壓范圍。
[0014] 2、在發(fā)射端的本地鎖相系統(tǒng)以部分發(fā)射光信號作為輸入，輸出誤差補償信號驅(qū)動 相位補償器，用于補償發(fā)射正交偏振光之間的相位誤差。
[0015] 3、本發(fā)明采用簡單的偏振自差干涉接收平衡探測，是自由空間光通信通用的自差 干涉接收方式。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0017] 1、本發(fā)明本地鎖相正交偏振自由空間相干光通信裝置是一種正交偏振同軸發(fā)射， 自差偏振干涉接收的本地鎖相正交偏振自由空間相干光通信裝置，應(yīng)用于星地相干激光通 信能夠有效克服大氣湍流的相位干擾，無須復(fù)雜的光鎖相環(huán)和電鎖相環(huán)系統(tǒng)。
[0018] 2、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明接收端結(jié)構(gòu)簡單，在不對光路進行任何調(diào)整的前提下， 改變數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生速率，即可改變系統(tǒng)的通信速率，靈活性高。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為圖1中第一發(fā)射半波片10、第二發(fā)射半波片11、第三發(fā)射半波片13、接收半 波片20的快軸c和發(fā)射光束正交偏振方向的最優(yōu)偏振安排不意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保 護范圍。
[0022] 圖1為本發(fā)明本地鎖相正交偏振自由空間相干光通信裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可 見，本發(fā)明本地鎖相正交偏振自由空間相干光通信裝置，由發(fā)射端和接收端構(gòu)成，
[0023] 所述的發(fā)射端包括單頻單模激光器1、光纖偏振分束器2、光纖拉伸器3、第一光相 位調(diào)制器4、第二光相位調(diào)制器5、數(shù)據(jù)信號發(fā)生器6、微波放大器7、第一光纖準直器8、第二 光纖準直器9、第一發(fā)射半波片10、第二發(fā)射半波片11、第一偏振分束棱鏡12、第三發(fā)射半 波片13、第二偏振分束棱鏡14、第一直角棱鏡15、第一聚焦透鏡16、第二聚焦透鏡17、第一 平衡探測器18和環(huán)路濾波器19,所述的單頻單模激光器1輸出的激光經(jīng)所述的光纖偏振分 束器2分為正交偏振的第一光纖支路和第二光纖支路，第一光纖支路與所述的第一光相位 調(diào)制器4的光輸入端連接，第二光纖支路與所述的光纖拉伸器3的光輸入端連接，該光纖拉 伸器3的光輸出端與第二光相位調(diào)制器5的光輸入端連接，所述的第一光相位調(diào)制器4和 第二光相位調(diào)制器5的參數(shù)相同，所述的數(shù)據(jù)信號發(fā)生器6的輸出端與微波放大器7的輸 入端連接，所述的微波放大器7的第一輸出端和第二輸出端分別與第一光相位調(diào)制器4和 第二光相位調(diào)制器5的微波輸入端連接，所述的第一光相位調(diào)制器4的光輸出端與所述的 第二光纖準直器9的光輸入端相連，第二光相位調(diào)制器5的光輸出端與所述的第一光纖準 直器8的光輸入端相連，第一光纖準直器8的輸出光束通過第一發(fā)射半波片10輸