[發明專利]基于Stokes參量識別的偏振調制空間激光通信方法

有效

• 申請號: 201410010281.9
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN104779997B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 韓彪;魏安海;蘇玉龍;胡輝;汪偉;趙衛;謝小平
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;G02B27/28
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 楊引雪

技術領域

本發明屬于空間激光通信領域。具體的說，涉及基于Stokes參量識別的偏振調制空間激光通信方法、發射終端以及接收終端。

背景技術

通信數據傳輸需求的日益增加對網絡傳輸速率提出了更高的要求。在無線通信領域，空間激光通信由于具有通信速率高、光束指向性好、體積和功耗小等優點，已成為無線通信的重要發展趨勢?，F有空間激光通信系統中光信號的調制方法大都基于光波的強度調制或相位調制。強度調制方法結構簡單、易于實現，然而抗大氣衰減和大氣湍流效應較差。相位調制方法雖然可以在一定程度上提高通信接收系統的探測靈敏度，改善系統的信道適應性，但結構復雜，成本較高。另一方面，光波在大氣中傳輸時偏振度的變化較小，這使得基于偏振調制的空間激光通信在大氣信道適應性方面具有明顯的優越性。

偏振調制空間激光通信方法是以光波的不同偏振態表示通信數據，在接收端通過對光波偏振態進行檢測和識別，完成信息的傳遞。現有的偏振通信方法大都以光波的正交線偏振態或圓偏振態分別表示通信邏輯進行數據傳遞的，參見【趙新輝，姚勇，孫云旭等，“一種新的自由空間光通信調制方式——圓偏振位移鍵控”，光學學報，2008年12月】。由于大氣處于運動狀態，偏振光經過大氣時雖然偏振度變化較小，但偏振態會有微小的變動，這將影響通信系統的可靠性和有效性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于Stokes參量識別的偏振調制空間激光通信方法、發射終端以及接收終端，以增強偏振調制空間激光通信系統的大氣信道可靠性、有效性和適應性。

本發明是這樣實現的：

1.技術原理

不論是偏振光、部分偏振光還是自然光，其偏振特性均可以用Stokes參量[S₀ S₁S₂ S₃]進行表征。左旋圓偏振光、右旋圓偏振光和自然光的Stokes參量S_左旋、S_右旋和S_自然分別為：

S_左旋=[S₀ S₁ S₂ S₃]=I₀[1 0 0 -1]

S_右旋=[S₀ S₁ S₂ S₃]=I₀[1 0 0 1]

S_自然=[S₀ S₁ S₂ S₃]=I₀[1 0 0 0]

式中I₀表示光強。Stokes分量S₃表示光波中右旋圓偏振分量與左旋圓偏振分量光強之差。當光波為左旋圓偏振光時，Stokes分量S₃=-I₀；當光波為右旋圓偏振光時，S₃=I₀；當光波為自然光時，S₃=0。

左旋圓偏振光和右旋圓偏振光在大氣中傳輸時，受大氣擾動的影響，一方面偏振度會有微小的降低；另一方面，偏振態通常會分別變為左旋橢圓偏振和右旋橢圓偏振。換言之，左旋圓偏振光和右旋圓偏振光經過大氣傳輸后，其Stokes參量可以分別看成是少量自然光與左旋橢圓偏振光或右旋橢圓偏振光的線性疊加，即：

S_{左旋傳輸后}=S_自然光+S_{左旋橢圓偏振光}

S_{右旋傳輸后}=S_自然光+S_{右旋橢圓偏振光}