出至第一 偏振分束棱鏡12,第二光纖準(zhǔn)直器9的輸出光束經(jīng)第二發(fā)射半波片11輸出至第一偏振分束 棱鏡12,所述的第一偏振分束棱鏡12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13、第二偏振分束棱鏡14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16聚焦至第一平衡探測器18的一個探測面上，所述的反射光束經(jīng)第 一直角棱鏡15反射、第二聚焦透鏡17聚焦至第一平衡探測器18的另一個探測面上，所述 的第一平衡探測器18的輸出端接環(huán)路濾波器19的輸入端，該環(huán)路濾波器19的輸出端接所 述的光纖拉伸器3的第二輸入端；
[0024] 所述的接收端包括接收半波片20、第三偏振分束棱鏡21、第二直角棱鏡22、第三 聚焦透鏡23、第四聚焦透鏡24、第二平衡探測器25和A/D變換器26 ;
[0025] 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20旋轉(zhuǎn)其偏振態(tài)并通過 第三偏振分束棱鏡21分為兩路光束，其中一路光束通過第四聚焦透鏡24聚焦至第二平衡 探測器25的一個探測面，另一路光束經(jīng)過第二直角棱鏡22反射并通過第三聚焦透鏡23聚 焦至第二平衡探測器25的另一個探測面上，第二平衡探測器25的輸出端連接A/D變換器 26的輸入端，第二平衡探測器25的輸出信號經(jīng)過所述的A/D變換器26轉(zhuǎn)換恢復(fù)出原始的 發(fā)射數(shù)據(jù)。
[0026] 單頻單模激光器1輸出的單頻單模光場表示為：
[0027]
[0028] 其中，A表不光場振幅，〇。代表光波頻率，口⑴農(nóng)/」〈光場的隨機相位。激光輸出光 場通過光纖偏振分束器2分為偏振方向正交，光強相等的兩路光信號，分別表不為：
[0031] 其中一路光束與光纖拉伸器3的光輸入端連接，引入補償相位仍.⑴，這里以V偏振 光束為例：
[0032]
[0033] 微波信號發(fā)生器6產(chǎn)生電平值在0到Vp之間變化的數(shù)據(jù)信號，這里以偽隨機二元 序列（PRBS)為例，信號由微波放大器7放大為電平值在0到￥"/2之間變化的方波PRBS碼 信號，表示為M(t)，以及與之反向的電平值在0到，"/2之間變化的方波PRBS碼信號，表示 為_M(t)，其中Vn/2表示使通過光相位調(diào)制器的光場相位變化/2的電壓。這兩路數(shù)據(jù)信 號分別輸入至第一光相位調(diào)制器4和第二光相位調(diào)制器5的微波輸入端，兩正交偏振光路 分別與第一光相位調(diào)制器4和第二光相位調(diào)制器5的光輸入端連接，并分別被相位調(diào)制，第 一光位調(diào)制器4和第二光位調(diào)制器5的光輸出端分別與第一光纖準(zhǔn)直器8和第二光纖準(zhǔn)直 器9的光輸入端連接，經(jīng)過準(zhǔn)直出射的光場分別表不為： 「00341
[0036] 其中，circ表示圓域函數(shù)，R代表光斑半徑，平面波在光斑范圍內(nèi)的光強均勻分 布，V11表示使通過光相位調(diào)制器的光場相位變化JT的電壓，Aw表示兩正交偏振光場之 間的相位誤差。兩光束分別通過第一發(fā)射半波片10和第二發(fā)射半波片11，其偏振方向安排 參見附圖2,其中ClO和cll分別代表第一發(fā)射半波片10和第二發(fā)射半波片11的快軸方 向，坐標(biāo)系坐標(biāo)軸x、y、z的方向如圖2所示，圖2中的22. 5°夾角為使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)效果 的偏振安排方向。通過第一發(fā)射半波片10和第二發(fā)射半波片11的光場分別表不為：
[0039]
(E'HT(x，y，t)和E'VT(x，y，t)通過第一偏振分束棱鏡12分束， 其中一束發(fā)射至第三發(fā)射半波片13,通過發(fā)射半波片13前的光場表示為：
[0042] 通過發(fā)射半波片13的光場表示為：
[0045] 通過發(fā)射半波片13的光場經(jīng)過第二偏振分束棱鏡14分光干涉，其中一路光束通 過第一聚焦透鏡16聚焦至第一平衡探測器18的其中一個探測面上，另一路光束經(jīng)第一直 角棱鏡反射并通過第二聚焦透鏡17聚焦至第一平衡探測器18的另一個探測面上，第一平 衡探測器18將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，表示為：
系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)效果，偏振方向a、0應(yīng)設(shè)置為a= 0或者a+ 0 = 31。最終輸出電信號 表示為：
[0048]
[0049] 其中，D代表第一平衡探測器18的感光面積，R代表第一平衡探測器18的響應(yīng)度。 為使相位誤差信號傳輸至相位誤差信號反饋系統(tǒng)，本實施例采用類似于相干光通信中平衡 鎖相環(huán)傳輸剩余載波的原理，使調(diào)制信號2M(t)的高電平略小于調(diào)制器的半波電壓V11，這 里表示為2MJO。為表示方便，將i(t)的第一相位項改寫為
改與為A ⑴=0th其中，d⑴e 1+1，_1}，也為略小于
的相位調(diào)制項。米用類 似于鎖相環(huán)的線性模型，利用第一平衡探測器18和環(huán)路濾波器19濾除數(shù)據(jù)項d(t)，則第一 平衡探測器18的輸出電流表示為：
[0050]
[0051] 當(dāng)相位誤差奶⑴《Irad時，輸出電流可以表示為：
[0052]
[0053]設(shè)環(huán)路濾波器19的輸入阻抗為Z，其傳遞函數(shù)為F(S)，光纖拉伸器3的傳遞 函數(shù)為G(S)，輸出的補償相位為死〇),其中s表示拉普拉斯變換變量。第一平衡探測 器18的輸出電流i(t)拉普拉斯變換為I(S)，則整個反饋回路合成的傳遞函數(shù)表示為
，則環(huán)路傳遞函數(shù)可 以寫為：
[0054]
[0055] 在光纖拉伸器3引入的補償相位能夠完全消除發(fā)射相位誤差死〃.的情況下，發(fā)射 至接收端的光場表示為：
[0058] 在接收端通過接收半波片20旋轉(zhuǎn)其偏振態(tài)，通過接收半波片20的光場表示為：
[0061]E3 (x，y，t)和E4 (x，y，t)通過第三偏振分束棱鏡21分光干涉，其中一路光束通過 第三聚焦透鏡24聚焦至第二平衡探測器25的其中一個探測面上，另一路光束經(jīng)第二直角 棱鏡22反射并通過第四聚焦透鏡24聚焦至第二平衡探測器25的另一個探測面上，第二平 衡探測器25將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，表示為：

示為：
[0065] 其中，D'代表第二平衡探測器25的感光面積，R'代表第二平衡探測器25的響應(yīng) 度。i'（t)經(jīng)過A/D變換器26采樣，恢復(fù)出發(fā)射數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項】
1. 一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，其特征 在于： 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(zhǔn) 直器（8)、第二光纖準(zhǔn)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⑷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(zhǔn)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(zhǔn)直器（8) 的光輸入端相連，第一光纖準(zhǔn)直器（8)的輸出光束通過第一發(fā)射半波片（10)輸出至第一偏 振分束棱鏡（12)，第二光纖準(zhǔn)直器（9)的輸出光束經(jīng)第二發(fā)射半波片（11)輸出至第一偏 振分束棱鏡（12)，所述的第一偏振分束棱鏡（12)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（13)、第二偏振分束棱鏡（14)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（16)聚焦至第一平衡探測器（18)的一個探測面上，所 述的反射光束經(jīng)第一直角棱鏡（15)反射、第二聚焦透鏡（17)聚焦至第一平衡探測器（18) 的另一個探測面上，所述的第一平衡探測器（18)的輸出端接環(huán)路濾波器（19)的輸入端，該 環(huán)路濾波器（19)的輸出端接所述的光纖拉伸器（3)的第二輸入端； 所述的接收端包括接收半波片（20)、第三偏振分束棱鏡（21)、第二直角棱鏡（22)、第 三聚焦透鏡（23)、第四聚焦透鏡（24)、第二平衡探測器（25)和A/D變換器（26); 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（20)旋轉(zhuǎn)其偏振態(tài)并通過第 三偏振分束棱鏡（21)分為兩路光束，其中一路光束通過第四聚焦透鏡（24)聚焦至第二平 衡探測器（25)的一個探測面，另一路光束經(jīng)過第二直角棱鏡（22)反射并通過第三聚焦透 鏡（23)聚焦至第二平衡探測器（25)的另一個探測面上，第二平衡探測器（25)的輸出端 連接A/D變換器（26)的輸入端，第二平衡探測器（25)的輸出信號經(jīng)過所述的A/D變換器 (26)轉(zhuǎn)換恢復(fù)出原始的發(fā)射數(shù)據(jù)。
【專利摘要】一種本地鎖相正交偏振自由空間相干光通信裝置，其構(gòu)成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(zhǔn)直器、第二光纖準(zhǔn)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、環(huán)路濾波器、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。本發(fā)明發(fā)射同軸正交偏振信號光并在接收端自干涉接收的結(jié)構(gòu)，能有效克服相位誤差；鎖相結(jié)構(gòu)位于發(fā)射端，簡化了接收端的結(jié)構(gòu)；不對光路進(jìn)行任何調(diào)整即能靈活調(diào)整系統(tǒng)的通信速率。
【IPC分類】H04B10/532, H04B10/61
【公開號】CN105162522
【申請?zhí)枴緾N201510400399
【發(fā)明人】孫建鋒, 蔡光宇, 李光遠(yuǎn), 張國, 張寧, 馬小平, 劉立人
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月9日