[發明專利]一種應用非常微弱的光脈沖接收傳輸信息的接收器和方法

有效

• 申請號: 201880070989.X
• 申請日: 2018-10-27
• 公開（公告）號: CN111328444B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: K·巴納斯澤克;M·亞胡拉
• 申請（專利權）人: 華沙大學
• 主分類號: H04B10/118
• 分類號: H04B10/118;H04B10/67;H04B10/70
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 林偉峰

本發明的目的是一種應用非常微弱的光脈沖接收傳輸信息的接收器和方法，接收器包括輸入端、光學元件和檢測器（SPD），其中所述接收器包括至少一個模塊（T），所述模塊（T）包括至少一個偏振分離元件、對每個分離的偏振具有不同光程長度的元件、以及至少一個旋轉偏振的板（HWP、QWP），其中光信號的一部分沿著較短的光程長度，并且光信號的一部分沿著較長的光程長度，其中所述偏振分離元件為偏振分束器（PBS）立方體，以及所述對每個分離的偏振具有不同光程長度的元件設置在兩個偏振分束器（PBS）立方體之間，且所述模塊（T）包括至少一個偏振調制器（PoIM）。

本發明的目的是一種應用非常微弱的光脈沖接收所傳輸信息的接收器。本發明還涉及由至少兩個模塊組成的用于遠距離傳輸信息的系統。本發明被發現可用于廣泛理解的衛星通信、遠程通信、光學和包括深空在內的遠距離弱電磁脈沖的傳輸。

背景技術

在現有技術中，脈沖位置調制（PPM）是衛星通信中已知且最常用的信號調制技術之一。由于單個PPM碼元的幀內光功率分布不均勻，因此該技術需要安裝在發射器中的激光器具有很高的瞬時功率。衛星發射器的標準結構是通過電光調幅器對連續工作的激光器中的光脈沖進行裁切，利用隨后的脈沖放大來實現PPM調制，例如鉺光學放大器（D.O.Caplan，“激光通信發射器和接收器設計”，《光學與光纖通信研究雜志》，2007年，4月刊，第225-362頁）。在這種方案中，傳輸速度可以達到每秒幾兆比特，主要受使用的振幅調制器的速度限制。由于幾瓦特的瞬時功率很低，這種方案只能在相對較短的距離上傳輸信息，如地球低軌道、地球靜止軌道或地球-月球軌道（M.Toyoshima等人，《NICT空間激光通信技術研發現狀及未來計劃》，2015年 IEEE ICSOS，新奧爾良，洛杉磯，第1-5頁（2015年10月））。

為了在長距離實現與深空通信的PPM協議，需要以千瓦為單位的瞬時光功率（10³ W）。目前采用的解決方法是通過調制激光器諧振腔的質量因子（Q開關）來實現的（H.Hemmati，深空光通信，第五章：飛行收發信器，威利數據庫，2005年10月）。不幸的是，腔調制頻率被限制到幾百千赫（kHz），這顯著地降低了可獲得的傳輸速度。此外，在這種方案中，將電功率轉換為光功率的效率很低，在效率最高的系統中轉換效率為10-15%。發射器部分上的高瞬時功率還與散熱問題以及光纖元件損壞的風險相關聯。

一個期望的解決方案是利用結構光接收器來降低安裝在發射器中的激光器的瞬時功率。在這個方案中，光能被分割為若干個脈沖，這些脈沖隨后在進行測量的接收器中被合并。當接收到的信號功率變得很低時，就會出現所謂的超加和性現象，即幾個脈沖的聯合測量比所有脈沖分別測量提供更多的信息。

美國專利文獻US20120177385A中描述了一個結構化接收器的典型例子，其中提出了一個具有n個輸入端口和n個輸出端口的線性光學系統，可將具有特定相位關系的光脈序列沖轉換為空間PPM格式。與目前的方案不同的是，該系統要求每個形成序列的光脈沖進入一個不同的輸入端口。類似地，每個PPM輸出碼元都出現在其中一個“n”輸出端口上，而不像目前的方案一樣出現在同一個輸出端口上。如果所有脈沖都以直射方式傳播，則該文獻中提供的方案還需要對進入和離開設備的單個脈沖進行主動重定向。

還已知美國專利文獻US14981175A，其中信息的傳輸是通過連續工作的激光器的相位調制來實現的，隨后根據本章開頭描述的結構加以放大。與現有方案不同的是，在該專利文獻中，信號的每個調制片段都被單獨地記錄，并且沒有隨后的相位調制信號到PPM格式的轉換。