[實用新型]光纖陣列耦合裝置

有效

• 申請號: 201920822672.9
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN210605073U
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 吳鵬飛;雷思琛;楊玉峰
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G02B6/32
• 分類號: G02B6/32;G02B6/42
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 寧文濤

本實用新型公開了光纖陣列耦合裝置，信號光束經遠距離湍流大氣傳輸后，形成的畸變波前。畸變波前被圖2所示的空間光?光纖陣列耦合裝置耦合，使得空間傳輸光束轉化為光纖傳輸。在陣列光纖尾端，可進行光纖陣列熔融拉錐或者光電轉化，進行信號探測還原的過程，結合智能優化驅動微動壓電陶瓷陣列，實現陣列單元中每個光纖耦合端面中心位于對應透鏡焦點中心，且保持光纖與透鏡光軸重合，進一步提升升空間光?光纖陣列耦合效率。

技術領域

本實用新型涉及電子信息領域，特別是涉及光纖陣列耦合裝置。

背景技術

無線激光通信(Free Space Optic，FSO)通信是以光波為載波，在自由空間(大氣或真空環境)中進行高速數據傳輸的一種無線通信方式。它是光纖通信的拓展，但又與光纖通信有很大的區別：它不需要通過光纖進行傳輸，拓展了光通信的使用范圍。與傳統無線射頻通信相比，FSO通信具有無需頻譜許可、安裝方便、安全保密、通信速率高等優勢。作為一種新興的通信方式，在頻譜資源日益匱乏的今天，它的發展前景不容忽視。但由于地-地FSO系統常使用開放性的大氣信道作為傳播信道，大氣環境會對信號造成較大的影響。大氣湍流會使得光斑形狀伴有不同程度的破損、并且閃爍、抖動(到達角起伏)、漂移等。這給信號的接收、探測帶來了很大的困難。信號光抖動的隨機性不僅會帶來探測噪聲，而且在抖動幅度較大時，還會造成信號的中斷。

FSO系統實際中主要采取的探測方式有兩種：直接探測和光纖耦合探測。相較于空間探測使用的大面型PIN光電二極管探測，光纖探測器光敏面小、結電容小、響應頻率高。一般近距和較低頻率的通信系統常采用直接探測；當通信距離提高至千米級別或者通信速率吉赫茲(GHz)到時，多采用光纖耦合探測。光纖耦合探測多采用接收天線和單根單模光纖配合的方式。其優勢在于可將成熟光纖通信組件，如光纖放大器件、波分復用/解復用器和探測器件等直接應用于FSO 系統中，降低FSO系統開發成本及開發時間。

光纖耦合方案帶來便利的同時也帶來由于纖芯面積小而引起的對準困難問題。理論上，當入射光焦點與光纖中心徑向對準誤差超過 2μm，耦合效率衰落-5dB，在機械加工中很難保證這么高的加工、對準精度。除此之外，湍流大氣引起的到達角起伏主要表現是光斑焦點會在光纖端面不定的跳動(如圖1所示)，當光束抖引起的對準失配超過2μm，同樣會引起耦合效率的降低。實驗上，2012年Hideki Takenaka等人在Optics Express上公開了一組OICETS系統星-地下行鏈路空間光經單透鏡耦合進單模光纖的耦合效率衰落情況的實驗數據和理論分析方法，實驗測得耦合效率衰落到-10～-19dB之間，與理論計算出的-17dB幾乎吻合(Hideki Takenaka,Morio Toyoshima, Yoshihisa Takayama.Experimentalverification of fiber-coupling efficiency for satellite-to-ground atmosphericlaser downlinks[J].Optics Express 2012,20(14):15301-15308.)。那么針對地-地FSO系統，當信號光經過地面湍流富集區域傳輸更遠距離后，如何提高耦合效率，并能夠克服光斑抖動(到達角起伏)、光斑漂移造成的耦合效率迅速下降是亟待解決的技術難題，也是限制FSO系統產業化的瓶頸技術。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供光纖陣列耦合裝置，能夠克服光斑抖動、漂移時造成的耦合效率下降的問題。

本實用新型所采用的技術方案是：一種光纖陣列耦合裝置，包括透鏡陣列安裝層，所述透鏡陣列安裝層上設置有成半圓形外凸的透鏡陣列，透鏡陣列中的每個透鏡焦點正下方均設置有單模光纖，單模光纖通過光纖安裝板進行固定，所有所述單模光纖形成與所述透鏡陣列一致對應的光纖陣列，所述的光纖安裝板上設置有與單模光纖平行的微動壓電陶瓷，微動壓電陶瓷的兩端分別設置有上微動壓電陶瓷安裝層和下微動壓電陶瓷安裝層。

本實用新型的特點還在于，

每個透鏡均采用相對孔徑為0.2的單透鏡。