[發明專利]大氣激光通信系統中基于液晶的光強自適應控制系統

無效

• 申請號: 200810050290.5
• 申請日: 2008-01-22
• 公開（公告）號: CN101231387A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 趙海麗;姜會林;王曉曼;劉智
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B26/06
• 分類號: G02B26/06;G02F1/1335
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本發明專利是大氣激光通信系統中基于液晶的光強自適應控制系統，主要應用于空間激光通信技術領域。

背景技術

激光通信系統是一個能量傳輸系統。在空間光通信系統中，由于傳輸距離長、激光的發散角小(mrad量級)，因此激光光束在傳輸過程中會受到大氣環境的影響，主要表現為大氣衰減和光束閃爍、擴散及偏折兩個方面。大氣衰減(吸收和散射)引起了激光的能量衰減，大氣湍流效應會引起接收到的激光功率起伏、激光束漂移、擴展、激光的相位起伏和到達角起伏，大氣微粒多次散射則造成了通信激光脈沖展寬等。為了克服大氣湍流引起的能量閃爍、衰減和漂移，通信光路可以采取加大激光器能量的方法克服大氣閃爍的影響；但對于信標光路，由于信標光探測器CCD的特點(積分器件、易飽和)，大氣閃爍將使信標光接收受到影響，尤其對于位于精視場的高幀頻CCD，幀頻越高，大氣閃爍影響將越嚴重，這很難保證空間光通信精密跟蹤的精度。對于CCD探測器而言，傳統上采用電子調光或機械調光的方法實現光束調整。但在空間光通信系統中，由于空間環境的限制，傳統的機械調光技術無法保證接收端激光光斑的質量和精度；由于大氣湍流的影響，電子調光無法保證系統的動態范圍的要求。此外，現有的自適應光學技術也是校正大氣湍流的有效手段，但主要是針對光斑破碎和變形，即若大氣湍流對信標光的影響主要是相位變化，常規的自適應光學校正是非常有效的。然而隨著湍流強度的增加或傳輸距離的加長，由其引起的接收平面上的光強隨機起伏(即閃爍效應)也會加大，此時光強起伏對校正效果的影響是不能忽視的。

迄今為止，大氣激光通信系統中基于液晶的光強自適應控制系統尚未見報道。

發明內容

為了克服現有技術的不足，我們提供了大氣激光通信系統中基于液晶的光強自適應控制系統。

其結構如圖1所示，它由信號發射單元1和信號接收單元2兩部分組成；所述的信號發射單元1由同軸排列的激光器3和發射光學系統4組成；所述的信號接收單元2中有同軸排列的縮束器5、分光棱鏡6、液晶可調節光束衰減器7、接收光學系統11和CCD探測器12，還有與分光棱鏡6光鏈接的接收光學系統13、光電探測器14和自適應控制器15，光電探測器14和自適應控制器15二者電氣連接，并將電調制信號施加于液晶可調節光束衰減器7上；

所述的液晶可調節光束衰減器7由依次同軸排列的起偏片8、液晶盒9和檢偏片10組成，是實現激光光束衰減的主要部件，液晶盒9由兩塊極板以及其間夾含的液晶層構成，液晶層只有10μm厚，液晶分子平行于極板表面排列，但是排列方向在兩塊之間連續扭轉了90°，因而具有旋光效應，起偏片8和檢偏片10正交擺放，當兩個極板上沒有電壓時，見圖2所示，經起偏片8起偏的線偏振光垂直入射和通過液晶層后，其偏振方向會被液晶扭轉90°，經過檢偏片10后，光束完全透過；當兩個極板上加有電壓V，并達到閾值電壓V′時，液晶盒9的旋光現象消失，液晶分子長軸一律沿電場方向進行再排列，見圖3所示，這時通過液晶層的線偏振光的偏振方向沒有改變，再經過檢偏片10后，光束被完全遮擋；具體的衰減情況由所加電壓值V的大小決定；

當從激光器3發射的激光經過發射光學系統4后變為平行光發射，經過大氣傳輸后，由信號接收單元2進行接收，首先經過縮束器5進行縮束，然后經過分光棱鏡6進行分光，70％的光被透射，經過液晶可調節光束衰減器7后被接收光學系統11進行聚焦，由CCD探測器12接收；30％的光被反射，經接收光學系統13進行聚焦，由光電探測器14接收；預先設定接收的信號功率穩定值為P，當系統工作后，通過自適應算法給出自適應控制器15的輸出電壓信號V的幅值，進而控制液晶可調節光束衰減器7的透過率，保證CCD探測器12上接收的激光信號的功率穩定在P值上。

有益效果

大氣激光通信系統中基于液晶的光強自適應控制系統，主要是以具有電控柔性衰減作用的液晶可調節光束衰減器為核心部件，利用液晶可調節光束衰減器在無運動部件條件下對激光信號進行光強衰減控制，通過自適應控制算法改變液晶可調節光束衰減器所需要的電壓信號大小，從而改變其透過率，進而對入射的信標光進行自適應控制，最終保證了信標光CCD探測器上接收到的激光能量保持穩定，其動態范圍為20dB。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖。圖2是液晶可調節光束衰減器7進行光束衰減的一種狀態示意圖。圖3是液晶可調節光束衰減器7進行光束衰減的一種狀態示意圖。

具體實施方式

實施例1