[發明專利]一種能夠抗湍流與振動的一體式無線激光通信系統及方法

有效

• 申請號: 202011573010.6
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112769479B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 李響;劉赫;白東偉;江倫;高亮;安巖
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04B10/40
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 郭佳寧

1.一種能夠抗湍流與振動的一體式無線激光通信系統，其特征在于由光學天線組件(1)、信標發射組件(2)、捕獲組件(3)、精跟蹤組件(4)、自適應光學組件(5)、章動跟蹤組件(6)、通信發射組件(7)、通信接收組件(8)、二級縮束組件(9)、反射鏡與分光鏡組件(10)和安裝板組件構成；其中安裝板組件包括頂層安裝板(112)和安裝基板(111)，其中頂層安裝板(112)固定在安裝基板(111)上，頂層安裝板(112)的側壁上設有開口；

光學天線組件(1)包括光學天線(11)和天線安裝板(12)，其中天線安裝板(12)安裝在頂層安裝板(112)內部的安裝基板(111)上，光學天線(11)固定在天線安裝板(12)上；

信標發射組件(2)包括信標光光源(21)和信標光鏡頭(22)；其中信標光光源(21)安裝在信標光鏡頭(22)上，位于信標光鏡頭(22)的后方，且信標光光源(21)和信標光鏡頭(22)同時均固定在頂層安裝板(112)內部的安裝基板(111)上；

捕獲組件(3)包括槍瞄鏡(31)和觀靶鏡頭(32)，其中槍瞄鏡(31)和觀靶鏡頭(32)均安裝在天線安裝板(12)上，且槍瞄鏡(31)和觀靶鏡頭(32)均位于頂層安裝板(112)側壁的開口處,以方便安裝；

精跟蹤組件(4)包括精跟蹤鏡頭(41)、精跟蹤電子箱(42)和精跟蹤電磁振鏡(43)，其中精跟蹤鏡頭(41)安裝在頂層安裝板(112)上方，精跟蹤電子箱(42)和精跟蹤電磁振鏡(43)均安裝在安裝基板(111)上；精跟蹤鏡頭(41)通過信號線與精跟蹤電子箱(42)連接，精跟蹤電子箱(42)通過信號線與精跟蹤電磁振鏡(43)連接；

自適應光學組件(5)包括自校準光源(51)、自校準反射鏡(52)、哈特曼探測器(53)、變形鏡(54)、限位開關(55)、導軌(56)、三維調整平臺(57)、PZT補償振鏡(58)和哈特曼探測器電子箱(59)；其中自校準光源(51)、變形鏡(54)、限位開關(55)、導軌(56)、三維調整平臺(57)均固定在頂層安裝板(112)上方，PZT補償振鏡(58)和哈特曼探測器電子箱(59)均固定在安裝基板(111)上，自校準反射鏡(52)配合連接在導軌(56)的滑塊上，能夠隨著滑塊沿著導軌(56)滑動，且限位開關(55)位于導軌(56)左端端部上方，當自校準反射鏡(52)滑動到導軌(56)左端端部時能夠觸碰到限位開關(55)，哈特曼探測器(53)固定在三維調整平臺(57)上；

哈特曼探測器(53)包括哈特曼折彎反射鏡(510)、哈特曼縮束鏡頭(511)、哈特曼折轉鏡筒(512)、哈特曼中繼鏡頭(513)和哈特曼成像相機(514)，其中哈特曼折轉鏡筒(512)為呈L型彎折的一體件，且其中部設有傾斜面，該傾斜面與折轉兩端的光軸成45°，哈特曼折彎反射鏡(510)平行于哈特曼折轉鏡筒(512)中部的傾斜面設置，并固定在該哈特曼折轉鏡筒(512)中部的傾斜面上，哈特曼縮束鏡頭(511)固定在哈特曼折轉鏡筒(512)的一端端部，且哈特曼縮束鏡頭(511)與哈特曼折轉鏡筒(512)連通，哈特曼中繼鏡頭(513)固定在哈特曼折轉鏡筒(512)另一端端部，且哈特曼中繼鏡頭(513)同樣也與哈特曼折轉鏡筒(512)連通；哈特曼成像相機(514)固定在哈特曼中繼鏡頭(513)右端的三維調整平臺(57)上，且與哈特曼中繼鏡頭(513)同軸布置，哈特曼成像相機(514)通過信號線與哈特曼探測器電子箱(59)連接，哈特曼探測器電子箱(59)分別通過信號線與變形鏡(54)和PZT補償振鏡(58)連接；

章動跟蹤組件(6)包括PZT章動振鏡(61)和章動振鏡電子箱(62)；其中PZT章動振鏡(61)安裝在頂層安裝板(112)上方；章動振鏡電子箱(62)安裝在安裝基板(111)上，且PZT章動振鏡(61)和章動振鏡電子箱(62)之間通過信號線連接；

通信發射組件(7)包括通信發射鏡頭(71)和通信發射光纖(72)；其中通信發射鏡頭(71)安裝在頂層安裝板(112)上方；通信發射光纖(72)安裝在通信發射鏡頭(71)尾部；

通信接收組件(8)包括通信接收鏡頭(81)和通信接收光纖(82)；其中通信接收鏡頭(81)安裝在頂層安裝板(112)上；通信接收光纖(82)安裝在通信接收鏡頭(81)的尾部，通信接收光纖(82)為單模“一分二”光纖，該光纖的一端用于通信，另一端與章動振鏡電子箱(62)連接；

二級縮束組件(9)固定在頂層安裝板(112)上方；

反射鏡與分光鏡組件(10)包括四個反射鏡和三個分光鏡，分別為上下層反射鏡(101)、第一反射鏡(102)、第二反射鏡(106)、第三反射鏡(107)、光譜分光鏡(103)、能量分光鏡(104)和分光鏡(105)；其中上下層反射鏡(101)、第一反射鏡(102)、第二反射鏡(106)、光譜分光鏡(103)、能量分光鏡(104)和分光鏡(105)均安裝在頂層安裝板(112)上，第三反射鏡(107)安裝在安裝基板(111)上；

當本系統發射通信光時以上部件按照光束傳輸方向布置如下：

通信發射光纖(72)發射的通信光經通信發射鏡頭(71)出射后到達分光鏡(105)，分光鏡(105)區分接收光和發射光，將發射光透射進入二級縮束組件(9)，經由二級縮束組件(9)完成二級縮束后，從二級縮束組件(9)出射進入光譜分光鏡(103)，光譜分光鏡(103)區分信標光和通信光，將通信光透射，到達第一反射鏡(102)，經反射后到達變形鏡(54)，再經反射到達上下層反射鏡(101)，上下層反射鏡(101)將光束折轉至PZT補償振鏡(58)，經其反射后到達第三反射鏡(107)，再反射至精跟蹤電磁振鏡(43)，再次反射，到達光學天線(11)，經過光學天線一級縮束后發射，完成通信光的發射；

當本系統發射信標光時：信標光光源(21)發射的信標光經信標光鏡頭(22)出射；

當本系統同時接收通信光和信標光時以上部件按照光束傳輸方向布置如下：

本系統接收到的信標光從頂層安裝板(112)側壁的開口同時入射進入槍瞄鏡(31)和觀靶鏡頭(32)中，完成信標光的捕獲，實現初始對準；

本系統接收到的信標光和通信光同時進入光學天線(11)，光束經光學天線(11)縮束后出射，出射光入射進入精跟蹤電磁振鏡(43)，經精跟蹤電磁振鏡(43)偏轉后入射進入第三反射鏡(107)，光束經過第三反射鏡(107)折轉后入射進入PZT補償振鏡(58)，由PZT補償振鏡(58)將光束折轉至上層光路的上下層反射鏡(101)中，光束經上下層反射鏡(101)反射進入變形鏡(54)中，光束經變形鏡(54)反射進入第一反射鏡(102)，光束再經第一反射鏡(102)反射進入光譜分光鏡(103)；光譜分光鏡(103)區分信標光和通信光，并將信標光反射至能量分光鏡(104)，能量分光鏡(104)將信標光分為兩部分，一部分反射進入精跟蹤鏡頭(41)，精跟蹤鏡頭(41)將光信號轉化為電信號，并將電信號傳輸至精跟蹤電子箱(42)；另一部分透射進入哈特曼探測器(53)的哈特曼縮束鏡頭(511)，再經哈特曼折彎反射鏡(510)反射，反射光經哈特曼折轉鏡筒(512)后進入哈特曼中繼鏡頭(513)，光束從哈特曼中繼鏡頭(513)出射后進入達哈特曼成像相機(514)，哈特曼成像相機(514)將光信號轉化為電信號，再將電信號傳輸至哈特曼探測器電子箱(59)；

光譜分光鏡(103)將通信光透射進入二級縮束組件(9)，經由二級縮束組件(9)完成二級縮束后，光束從二級縮束組件(9)出射進入分光鏡(105)，分光鏡(105)區分接收光和發射光，將接收光反射至PZT章動振鏡(61)，再經PZT章動振鏡(61)反射進入通信接收鏡頭(81)，光束再經通信接收鏡頭(81)進入通信接收光纖(82)；

當需要校準哈特曼探測器(53)時，光路走向如下：

開啟導軌(56)，自校準反射鏡(52)在導軌(56)的帶動下移動，直至觸碰到導軌(56)左端端部上方的限位開關(55)，導軌(56)停止運行，自校準光源(51)發射自校光，光束經第二反射鏡(106)反射進入自校準反射鏡(52)，光束經自校準反射鏡(52)的反射進入變形鏡(54)，光束經變形鏡(54)的反射到達第一反射鏡(102)，光束經第一反射鏡(102)反射后進入光譜分光鏡(103)，光譜分光鏡(103)將自校光反射至能量分光鏡(104)，光束經能量分光鏡(104)透射后進入哈特曼探測器(53)，完成標定，再由哈特曼探測器(53)的哈特曼成像相機(514)將光信號轉化為電信號，并將轉化后的電信號傳輸給哈特曼探測器電子箱(59)，由哈特曼探測器電子箱(59)計算出標定曲線。