[發明專利]多參數高精度可控激光實驗系統

有效

• 申請號: 202111405963.6
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN114124211B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 陶宗慧;劉唯奇;倪小龍;婁巖;劉顯著;姜會林
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04B10/073
• 分類號: H04B10/073;H04B10/50
• 代理公司: 大連萬友專利代理有限公司 21219
• 代理人: 王麗新

本發明公開了一種多參數高精度可控激光實驗系統，采用大氣湍流模擬裝置來模擬大氣湍流，研究了不同偏振態的激光光束在大氣湍流中傳輸時抑制大氣湍流的能力。結果表明：不同偏振角線偏振激光光束在湍流中傳輸時，其閃爍因子均隨著大氣湍流的增強(即相干長度減小)而增大。可見，對激光通信系統的偏振態進行優化，可以有效的抑制大氣湍流對激光通信系統的影響，降低接收端光強起伏，降低激光通信系統誤碼率，有效的提高激光通信系統性能。

技術領域

本發明涉及空間激光通信技術領域，具體涉及一種多參數高精度可控激光實驗系統。

背景技術

空間激光通信技術中地對地鏈路、飛機對地鏈路、衛星對地鏈路等，都要經過大氣環境，大氣對光會產生衰減效應及大氣湍流效應，使得激光信號探測性噪比降低，捕獲瞄準跟蹤系統工作效率低下，進而通信產生誤碼甚至中斷。因此，解決光在大氣中傳輸的影響是國內外空間激光通信研究人員需要亟待解決的關鍵問題。經過一段時間的理論及實驗研究，我們發現不同偏振態的激光受大氣影響程度也不同。若對激光通信系統的通信光與信標光同時進行偏振特性的優化，可以很大程度的提高激光通信系統的通信質量和跟蹤對準精度，實現低成本、高性能、高穩定性的大氣激光通信。法國自然哲學家F.Arago在1809年首次科學性地觀測到天光的偏振現象。2015年Van?der?Laan?J?D發現對于特定的場景參數，圓偏振在保持大光學深度的照明偏振狀態方面優于線偏振。近些年來，激光的偏振特性大多數的研究都是從解決某個具體技術問題的方向出發，而沒有以激光通信系統整體角度，對激光偏振特性及其應用技術進行系統和較深入的理論和實驗研究。

發明內容

本發明提供一種基于多偏振態得激光大氣湍流性能模擬裝置,通過研究激光在大氣傳輸過程中偏振特性的變化特點以及激光通信系統內部光路中激光偏振特性變化及其規律，對激光通信系統發射端光束的初始偏振態進行優化。

本發明所采用的技術方案是多參數高精度可控激光實驗系統，包括發射裝置和接收裝置以及熱風對流大氣湍流模擬裝置，所述的發射裝置包括激光器，偏振控制裝置，液晶空間光調制器，二級準直透鏡組；所述的接收裝置包括觀測相機和透鏡組，從光纖輸入的激光光束首先經由透鏡組進行初級準直，經由偏振控制裝置對偏振態進行調整，以小角度入射到液晶空間光調制器上，經由液晶對光束的相干度以及束散角調控后，入射到二級準直透鏡組進行光束準直后進行發射，所述的接收裝置采用210mm口徑望遠系統對光束縮束，縮束后的激光光束由分光棱鏡分束，一束光經由透鏡匯聚到觀測相機光敏面上，采用相機測量經過湍流介質傳輸后部分相干光束的閃爍因子；另一束光經由透鏡匯聚到探測器匯聚到PIN型光電探測器的光敏面上，進行閃爍因子的測量，實驗信道采用熱風對流大氣湍流模擬裝置對大氣湍流進行模擬，所述的熱風對流大氣湍流模擬裝置選取激光光束的空間相干長度5-15cm區間內進行實驗，從相干長度為15cm開始，每隔1cm進行10次測量，直到相干長度為5cm結束。

優選的，所述的二級準直透鏡組采用施密特-卡塞格林折返式望遠系統。

優選的，所述的發射裝置的發射波長808nm。

優選的，所述的觀測相機以2000Hz的速率采集15000幀圖像用于計算。

優選的，所述的激光光束選取光束偏振態為15°偏振角線偏振光、30°偏振角線偏振光、45°偏振角線偏振光、60°偏振角線偏振光、75°偏振角線偏振光、左旋圓偏振光、右旋圓偏振光以及完全相干激光光束。

本發明的有益效果是：對不同偏振態的激光光束在大氣中的傳輸特性進行了理論研究，給出了不同初始偏振態激光光束在大氣中的傳輸表達式(公式19公式21)和OOK開關調制下的激光通信誤碼率，并采用大氣湍流模擬裝置來模擬大氣湍流，研究了不同偏振態的激光光束在大氣湍流中傳輸時抑制大氣湍流的能力。結果表明：不同偏振角線偏振激光光束在湍流中傳輸時，其閃爍因子均隨著大氣湍流的增強(即相干長度減小)而增大。可見，對激光通信系統的偏振態進行優化，可以有效的抑制大氣湍流對激光通信系統的影響，降低接收端光強起伏，降低激光通信系統誤碼率，有效的提高激光通信系統性能。