[發(fā)明專利]一種光通信系統(tǒng)的光軸自校準(zhǔn)裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810945384.2
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109150302B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳金才;張亮;何志平;賈建軍;王天洪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04B10/70;G02B27/30
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

1.一種光通信系統(tǒng)的光軸自校準(zhǔn)裝置，由陣列光纖(1)、消色差準(zhǔn)直鏡(2)、分色片(3)、角錐棱鏡(4)、濾光片(5)、精跟蹤鏡頭(6)、精跟蹤探測器(7)、精跟蹤快反鏡(8)及主望遠(yuǎn)鏡(9)組成，其特征在于：

所述的陣列光纖(1)將自校準(zhǔn)光單模光纖(1-1)與通信激光單模光纖(1-2)密集排布于光纖端面處，光纖中心間隔固定，并放置于消色差準(zhǔn)直鏡(2)的焦面處，所述的消色差準(zhǔn)直鏡(2)可以同時對自校準(zhǔn)光與通信激光進(jìn)行準(zhǔn)直；所述的分色片(3)用于實現(xiàn)跟蹤光束和通信光束的分離，所述的濾光片(5)允許自校準(zhǔn)光與信標(biāo)光通過：所述的精跟蹤鏡頭(6)、精跟蹤探測器(7)用于信標(biāo)光與自校準(zhǔn)光的探測，同時與精跟蹤快反鏡(8)形成精跟蹤閉環(huán)控制；所述的主望遠(yuǎn)鏡(9)為擴(kuò)束系統(tǒng)，用于實現(xiàn)自校準(zhǔn)光與通信激光光束發(fā)散角壓縮的功能；

陣列光纖(1)的光纖端面固定于消色差準(zhǔn)直鏡(2)的焦面處，自校準(zhǔn)光與通信激光分別經(jīng)過自校準(zhǔn)光單模光纖(1-1)與通信激光單模光纖(1-2)引入，經(jīng)過消色差準(zhǔn)直鏡(2)準(zhǔn)直后輸出；兩束準(zhǔn)直光經(jīng)過分色片(3)時，通信激光分別經(jīng)過分色片(3)、精跟蹤快反鏡(8)反射后，最后經(jīng)過主望遠(yuǎn)鏡(9)壓縮發(fā)散角后發(fā)射，自校準(zhǔn)光經(jīng)過分色片(3)透射、角錐棱鏡(4)原路返回、分色片(3)反射后，經(jīng)過濾光片(5)、精跟蹤鏡頭(6)后被精跟蹤探測器(7)探測，同時另一個通信終端的信標(biāo)光經(jīng)過主望遠(yuǎn)鏡(9)、精跟蹤快反鏡(8)及分色片(3)后，也進(jìn)入濾光片(5)、精跟蹤鏡頭(6)后被精跟蹤探測器(7)探測；在實驗室內(nèi)需要準(zhǔn)確標(biāo)定通信激光光軸、信標(biāo)光軸與自校準(zhǔn)光在精跟蹤探測器(7)上成像點質(zhì)心的關(guān)系，儀器工作之前，重新采集自校準(zhǔn)光在精跟蹤探測器(7)中的光斑質(zhì)心，該質(zhì)心與實驗室標(biāo)定質(zhì)心不同說明發(fā)射光軸發(fā)生變化，需要重新標(biāo)定信標(biāo)光在精跟蹤探測器(7)的跟蹤點，從而建立光通信鏈路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光通信系統(tǒng)的光軸自校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述的陣列光纖(1)將自校準(zhǔn)光單模光纖(1-1)與通信激光單模光纖(1-2)密集排布于光纖端面處，光纖中心間隔固定，所述的消色差準(zhǔn)直鏡(2)可以同時對自校準(zhǔn)光與通信激光進(jìn)行準(zhǔn)直；陣列光纖(1)的光纖端面固定于消色差準(zhǔn)直鏡(2)的焦面處，從而實現(xiàn)自校準(zhǔn)光單模光纖(1-1)與通信激光單模光纖(1-2)發(fā)射光的準(zhǔn)直。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光通信系統(tǒng)的光軸自校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述的角錐棱鏡(4)的回轉(zhuǎn)精度小于3″。

4.一種基于權(quán)利要求1所述的一種光通信系統(tǒng)的光軸自校準(zhǔn)裝置的光軸自校準(zhǔn)方法，其特征在于包括以下步驟：

1)在實驗室環(huán)境下,通過自校準(zhǔn)光單模光纖(1-1)與通信激光單模光纖(1-2)將自校準(zhǔn)光與通信激光引入至陣列光纖(1)內(nèi)，兩束光再經(jīng)過消色差準(zhǔn)直鏡(2)準(zhǔn)直后輸出，利用平行光管準(zhǔn)確標(biāo)定通信激光與自校準(zhǔn)光的相對光軸關(guān)系，記錄兩束光之間的固定光軸關(guān)系；

2)精確標(biāo)定通信激光光軸對應(yīng)的精跟蹤探測器(7)上跟蹤點位置(X1，Y1)，開啟自校準(zhǔn)光，自校準(zhǔn)光經(jīng)消色差準(zhǔn)直鏡(2)準(zhǔn)直、分色片(3)透射、角錐棱鏡(4)原路返回、分色片(3)反射后，最后進(jìn)入濾光片(5)、精跟蹤鏡頭(6)后被精跟蹤探測器(7)探測,根據(jù)成像光斑情況將光強(qiáng)調(diào)節(jié)至光斑接近飽和狀態(tài)，記錄此時自校準(zhǔn)光在精跟蹤探測器(7)上成像光斑質(zhì)心位置(X2，Y2)；

3)設(shè)備搬至外場或者在軌試驗之前，按照實驗室標(biāo)定光強(qiáng)開啟自校準(zhǔn)光，自校準(zhǔn)光經(jīng)消色差準(zhǔn)直鏡(2)準(zhǔn)直、分色片(3)透射、角錐棱鏡(4)原路返回、分色片(3)反射后，最后進(jìn)入濾光片(5)、精跟蹤鏡頭(6)后被精跟蹤探測器(7)探測，記錄此時自校準(zhǔn)光在精跟蹤探測器(7)上成像光斑質(zhì)心位置(X2′，Y2′)；此時將精跟蹤探測器(7)上跟蹤點位置更改為(X1+X2′-X2，Y1+Y2′-Y2)；

4)關(guān)閉校準(zhǔn)光，開啟光通信模式，調(diào)整主望遠(yuǎn)鏡(9)的指向，將目標(biāo)端的信標(biāo)光引入ATP系統(tǒng)，驅(qū)動精跟蹤快反鏡(8)將接收到的信標(biāo)光引入至精跟蹤探測器(7)上，根據(jù)新跟蹤點位置(X1+X2′-X2，Y1+Y2′-Y2)進(jìn)行跟蹤，建立通信鏈路；

5)開啟通信激光,通信激光經(jīng)消色差準(zhǔn)直鏡(2)準(zhǔn)直、分色片(3)及精跟蹤快反鏡(8)反射后，最后經(jīng)過主望遠(yuǎn)鏡(9)壓縮發(fā)散角后發(fā)射，發(fā)射光最終傳輸至接收端，通過接收端閉環(huán)后開啟激光通信數(shù)據(jù)傳輸。