[發(fā)明專利]一種光通信系統(tǒng)的光軸自校準裝置及方法

有效

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• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109150302B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設計）人: 吳金才;張亮;何志平;賈建軍;王天洪
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04B10/70;G02B27/30
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開一種光通信系統(tǒng)的光軸自校準裝置及方法，該發(fā)明利用陣列光纖產(chǎn)生方向存在固定差異的兩束光，分別為自校準光與通信激光，通過角錐棱鏡將自校準光引入至精跟蹤相機內(nèi)，由于角錐棱鏡的自準直功能，該光軸的變化會導致精跟蹤相機內(nèi)光斑質(zhì)心變化，利用對該光束的光軸監(jiān)測來實現(xiàn)對通信激光光軸的校正。儀器工作之前利用自校準光在精跟蹤相機中的光斑質(zhì)心，重新標定精跟蹤相機的跟蹤點，從而建立光通信鏈路。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，通過陣列光纖排布將通信激光、自校準光進行視場分離，利用自校準激光實現(xiàn)對通信激光的光軸校正，該發(fā)明還具備利用可見光相機實現(xiàn)紅外激光光軸自校準的能力。

技術領域

本發(fā)明涉及自由空間光通信及量子通信領域，具體是指一種光通信系統(tǒng)的光軸自校準裝置及方法。

背景技術

光通信相比于傳統(tǒng)的微波通信而言，具有帶寬高、容量大、傳輸速率高、抗干擾能力強、功耗低、安全性好等優(yōu)點，而且激光通信終端具備更小的體積和更輕的質(zhì)量，因此以激光通信作為信息載體的通信方式是星地通信的重要發(fā)展方向，也是未來星間高速通信最具潛力的重要發(fā)展方向。國際上空間激光通信的基礎研究開始于上個世紀70年代，最早涉足該領域的是前蘇聯(lián)和美國，然后是日本和歐洲各國。直至20世紀80年代末期，隨著各國對太空戰(zhàn)略的日益重視和全球通信市場競爭日趨激烈，星地激光通信進一步受到重視，并很快在實驗系統(tǒng)裝置的研發(fā)和測試上取得突破性的重大成果。國內(nèi)星地激光通信的研究從20世紀90年代開始，主要研究研究機構(gòu)有哈爾濱工業(yè)大學、電子科技大學、長春理工大學等，由于我國在衛(wèi)星光通信領域的起步比較晚，之前的研究基本上還停留在理論和地面實驗階段，直至近幾年空間光通信的實驗驗證得到了快速發(fā)展，如上海技術物理研究所與科大共同研制的TG-2、“墨子號”的量子通信載荷均實現(xiàn)了星地之間的光通信及量子通信；其中上光所研制的“激光相干通信”系統(tǒng)成功實現(xiàn)星地之間的相干激光通信。

在自由空間光通信中，由于通信距離遠、光束窄以及存在外界干擾(如大氣影響、衛(wèi)星振動等)，必須采用捕獲(Acquisition)，跟蹤(Tracking)和瞄準(Pointing)系統(tǒng)來建立光通信鏈路，在此基礎上進行光通信，光通信系統(tǒng)采用的通信激光的發(fā)散角非常小(20μrad左右)，對光通信的ATP系統(tǒng)提出了很高的要求(一般要小于20μrad)。因此，量子通信捕獲系統(tǒng)的光學校準精度必須非常高(一般需要小于1μrad)。ATP系統(tǒng)裝配完成之后，會通過高精度地面檢測系統(tǒng)來標定精跟蹤相機跟蹤點，該跟蹤點與激光發(fā)射光軸高度一致。但是由于設備運輸、發(fā)射振動、在軌失重、熱梯度等因素會造成系統(tǒng)光路的細微變化，激光發(fā)散角要求越來越窄，細微的光軸變化將會導致光通信鏈路無法建立。中國專利CN201110071279.9中也有類似的光軸自校準方法的描述，但是該專利存在以下弊端：1、一般光通信波長為1550nm波段，而精跟蹤相機為Si基陣列探測器，該種類探測器對1550nm不響應導致無法利用進行自校正；2、自校準光與通信激光的波長相隔較遠，如通信激光為1550nm、自校準光為650nm，由于兩種波長單模光纖的芯徑不同，將兩種光合束至同一根光纖，會導致650nm自校準光在光纖中處于少模輸出，其出射光束模式不穩(wěn)定；3、自校準光與通信激光的波長相隔較近，如通信激光為850nm、自校準光為650nm，將兩種光合束至同一根光纖，由于在光纖合束時需要分光，勢必會導致能量衰減。

本發(fā)明針對自由空間光通信的應用需求，同時充分考慮到中國專利CN201110071279.9所遇到的困難，利用陣列光纖產(chǎn)生兩束方向存在固定差異的自校準光與通信激光，通過對自校準激光光軸的監(jiān)測來實現(xiàn)對通信激光光軸的校正，從而實現(xiàn)最終的激光光軸自校準。

發(fā)明內(nèi)容：