[發明專利]基于單光子探測與圓偏振調制的水下光通信系統及方法

有效

• 申請號: 201910960611.3
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110971308B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 李文東;李凡;王碩;趙士成;韋育;于永河;顧永建
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B10/516;H04B13/02
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 張中南;邱岳

1.基于單光子探測與調制的水下光通信收發裝置，其特征是包括由計算機（1）進行控制的收發電路（2）、安裝在自穩云臺（4）上的光學天線（3），且收發電路（2）對光學天線（3）中的激光器一（9）、激光器二（10）、探測器一（20）、探測器二（21）、信標光激光器（24）進行控制；

所述光學天線（3）還包括望遠鏡（6）、精跟蹤壓電偏擺鏡（7）、精跟蹤ARM處理器（8）、起偏器一（11）、起偏器二（12）、全反鏡（13）、PBS（14）、分束鏡一（15）、濾光片一（16）、偏振補償鏡（17）、QWP（18）、解調PBS（19）、二向色鏡（22）、分束鏡二（23）、濾光片二（25）和ICCD（26）；

本裝置中，偏振調制光路包含激光器一（9）、全反鏡（13）、起偏器一（11）、激光器二（10）、起偏器二（12）、QWP（18）、PBS（14）；

偏振解調光路包含QWP（18）、濾光片一（16）、偏振補償鏡（17）、解調PBS（19）、探測器一（20）和探測器二（21）；偏振解調光路與偏振調制光路共用一個QWP；

信標光激光器（24）發射的信標光依次透過分束鏡二（23）、二向色鏡（22）后被精跟蹤壓電偏擺鏡（7）反射至望遠鏡（6）而向外發射，且該向外發射的信號光經過水體信道（5）射出被另一收發裝置的光學天線（3）的望遠鏡（6）接收；

被望遠鏡（6）接收到的信標光則首先被精跟蹤壓電偏擺鏡（7）反射，然后透過二向色鏡（22）而被分束鏡二（23）反射，并經濾光片二（25）射向ICCD（26），所述ICCD（26）記錄下該信標光的成像光斑位置；精跟蹤ARM處理器（8）通過所述自穩云臺（4）來控制精跟蹤壓電偏擺鏡（7）的偏轉角度；

激光器一（9）發射的激光經全反鏡（13）反射后，經過起偏器一（11）調制成垂直偏振再經PBS（14）反射；

激光器二（10）發射的激光透過起偏器二（12）調制成水平偏振后經PBS（14）與激光器一（9）發射的激光合束；

合束光經分束鏡一（15）、QWP（18）后變為圓偏振光，依次被二向色鏡（22）、精跟蹤壓電偏擺鏡（7）反射至望遠鏡（6）而向外發射，且該向外發射的信號光經過水體信道（5）射出至另一收發裝置的光學天線（3）的望遠鏡（6）；

被望遠鏡（6）接收到的圓偏振信號光依次被精跟蹤壓電偏擺鏡（7）和二向色鏡（22）反射，再透過QWP（18）后變為水平偏振或垂直偏振光，被分束鏡一（15）反射，并依次透過濾光片一（16）、偏振補償鏡（17）后進入解調PBS（19），當該信號光為水平偏振光時則透過解調PBS（19）進入探測器一（20），當該信號光為垂直偏振光時則經解調PBS（19）反射后進入探測器二（21）。

2.如權利要求1所述的基于單光子探測與調制的水下光通信收發裝置，其特征是所述二向色鏡（22）截止波長為505nm，反射波長400-490nm，透過波長520-750nm。

3.如權利要求1所述的基于單光子探測與調制的水下光通信收發裝置，其特征是所述濾光片二25為帶通濾光片，濾除532nm以外波長的光。

4.如權利要求1所述的基于單光子探測與調制的水下光通信收發裝置，其特征是所述的收發電路（2）包括FPGA開發板，所述激光器一（9）和激光器二（10）均由FPGA編程控制，周期性發射強激光脈沖；所述信標光激光器（24）也由FPGA控制開關，發射連續激光。

5.如權利要求1所述的基于單光子探測與調制的水下光通信收發裝置，其特征是所述的自穩云臺（4）包括置物云臺（28），置物云臺（28）設有自穩ARM處理器（31）和陀螺儀（27），并由俯仰旋轉伺服電機（29）和水平旋轉伺服電機（30）控制姿態。

6.如權利要求1所述的基于單光子探測與調制的水下光通信收發裝置，其特征是所述探測器一（20）和探測器二（21）均為APD光電探測器和單光子探測器的組合，接收光信號時，首先由APD光電探測器接收，光電探測器接收不到光信號時，切換為單光子探測器接收。