湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置，由信号发射单元和信号接收单元两部分组成；信号发射单元由同轴排列的激光器、激光调制器、液晶空间光调制器、发射光学系统和可调光阑组成，信号发生器通过BNC口与激光调制器的BNC口链接，液晶空间光调制器驱动模块与液晶空间光调制器通过排线链接，控制计算机与液晶空间光调制器驱动模块电气连接。本发明专利技术可以测量大气折射率结构常数，通过计算机算出最佳的发射光束初始束腰宽度和光束的空间相干长度。将本发明专利技术应用到地面附近的长距离大气信道无线激光通信系统中，可以大大改善通信系统的性能，扩展无线激光通信系统的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置
本专利技术属于大气信道无线激光通信
，涉及一种湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置。
技术介绍
无线光通信(WirelessOpticalCommunication)又称为自由空间光通信（Free-SpaceOptics，简称FSO），是光纤通信和无线通信结合的产物，它以激光为载体，在大气中传送激光信号来实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信的技术，具有传输容量大、建网速度快、无需授权、保密性好等特点。大气信道无线激光通信技术在“最后一公里”接入、局域/城域网扩展、应急指挥通信、快速通信组网等领域有着广泛的应用前景，是当前通信领域中的一个研究热点。由于激光在大气中传输时，大气湍流造成折射率起伏会导致激光波阵面的畸变，破坏激光的相干性，从而严重消弱激光的光束质量，并引起光束的随机漂移、激光能量在光束截面上的重新分布，产生如扩展、畸变和破碎等现象，当激光功率足够大时，还会产生非线性的热晕现象。由于温度、气压和水汽压等参数的影响而引起空气折射率的随即起伏形成湍流场，使激光通信系统的高精度跟瞄系统的技术性能大大降低，对于强激光系统，还会导致目标上的光斑扩大，特别是当光束直径与湍流尺寸相当或比湍流尺寸大时，由于光束截面内包含有许多的湍流漩涡，传输光束达到接收端时会产生扩展效应，会影响瞄准精度而产生瞄准误差，光束的漂移和扩展会导致通信两端对准困难，同时降低接收端接收平面上的能量密度。由于大气湍流会引起完全相干光快速扩展而使得完全相干光在大多数实际应用中受到限制，已有研究结果表明，使用部分相干光传输信号在一定条件下可以有效减小大气湍流导致的光束扩展，提高通信链路性能。使用部分相干光在湍流大气中通信时接收端接收到的光功率与光束的初始束腰半径、空间相干长度、波长、传播距离和湍流强度有关，且存在一最优取值，通过合理控制光源初始参数，使大气湍流引起的功率损耗降低，从而接收端的光功率增加。本专利技术专要解决的问题正是可以有效解决无线激光通信中大气所导致的接收光功率衰落问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置，克服了大气湍流对部分相干光通信的影响，有效地根据传输距离和湍流强度控制激光光束的初始束腰半径、空间相干长度、波长等初始参数，使大气湍流引起的功率损耗降低，接收端的光功率增加。本专利技术公开的一种湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置，其特征在于：一种湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置，其特征在于：由信号发射单元和信号接收单元两部分组成；其中，信号发射单元由同轴排列的激光器、激光调制器、液晶空间光调制器、发射光学系统和可调光阑组成，信号发生器通过BNC口与激光调制器的BNC口链接，液晶空间光调制器驱动模块与液晶空间光调制器通过排线链接，控制计算机与液晶空间光调制器驱动模块电气连接；所述的信号接收单元包括同轴排列的接收光学系统、分光棱镜、聚焦透镜组和CCD探测器和非同轴排列的聚焦透镜组、APD光电探测器、计算机；CCD探测器和APD光电探测器将采集的电信号存入计算机；计算机计算出最佳的发射光束初始半径和空间相干长度，将最佳参数通过数传电台反馈到发射端的控制计算机，控制计算机生成一个随机相位屏控制信号，并通过液晶空间光调制器驱动模块输出给液晶空间光调制器，为发射的通信激光的波前加一个随机相位，以实现对空间相干度的调制；将接收到的最佳初始束腰宽度反馈给可调光阑，调整初始发射光束的束腰；激光器发出的激光经调制器调制进入液晶空间光调制器，通过发射光学系统后变为平行光发射，通过可调光阑调节光束口径大小，经过大气传输后，由信号接收单元进行接收；首先经过接收光学系统进行缩束，然后经分光棱镜进行分光，一束光送给聚焦透镜组，经聚焦透镜组变换后的光入射到CCD探测器上；一束光送给聚焦透镜组，经聚焦透镜组变换后的光入射到APD光电探测器上；CCD探测器将采集到的电压值存入计，计算出此时的湍流强度，即大气折射率结构常数；APD光电探测将接收到的信号送入数据处理计，计算接收到的光功率。激光器发射激光，经过调制器、液晶空间光调制器、发射光学系统和可调光阑（可调光阑调制孔径最大为20cm）后进入湍流大气，经湍流大气后的光束进入接收光学系统，通过分光棱镜、聚焦透镜组后被CCD探测器接收，CCD探测器把接收到的光信号转换为电信号，再将此信号送入计算机中处理求其弱湍流条件下平面波的归一化光强起伏方差。由此便可反推出大气折射率结构函数。激光器发射激光，经过调制器、液晶空间光调制器、发射光学系统和可调光阑后进入湍流大气，可调光阑调制孔径最大为20cm，光束进入接受光学系统，通过分光棱镜、聚焦透镜组后被APD光电探测器接收，APD光电探测器将接收到的信号送入计算机中计算接收到的光功率，根据光功率与大气湍流中漂移方差和扩展角的关系：式中：为接收端接收到的光功率，为光束漂移方差，为光束扩展角。与漂移方差和扩展角随初始束腰半径、空间相干长度、波长、传播距离和湍流强度的关系：式中：为大气折射率结构函数，是发射光束初始半径，是传输距离，是光波波数，为激光波长，是光束空间相干长度。通过湍流强度和传播距离计算出最佳的发射光束初始半径和空间相干长度，将最佳参数通过数传电台反馈到发射端的控制计算机10，控制计算机10生成一个随机相位屏控制信号，并通过液晶空间光调制器驱动模块9输出给液晶空间光调制器5，为发射的通信激光的波前加一个随机相位，以实现对空间相干度的调制。控制计算机10将接收到的最佳初始束腰宽度反馈给可调光阑7，调整初始发射光束的束腰。本专利技术的积极效果在于：可以测量大气折射率结构常数，通过计算机算出最佳的发射光束初始束腰宽度和光束的空间相干长度。控制液晶空间光调制器来调节波前相位，使空间相干长度达到计算的最优值；调节可调光阑的口径，使其达到计算的最佳初始光束束腰宽度，大气湍流引起的光功率损耗降低，从而显著提高接收到的光功率。将本专利技术应用到地面附近的长距离大气信道无线激光通信系统中，可以大大改善通信系统的性能，扩展无线激光通信系统的应用范围。附图说明图1为湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置结构示意框图；图中，1、信号发射单元；2、信号接收单元；3、激光器；4、调制器；5、液晶空间光调制器；6、发射光学系统；7、可调光阑；8、信号发生器；9、液晶空间光调制器驱动模块；10、控制计算机；11、接收光学系统；12、分光棱镜；13、聚焦透镜组；14、CCD探测器，15、数据处理计算机；16、聚焦透镜组；17、APD光电探测器。具体实施方式实施例1见图1所示，本专利技术湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置由信号发射单元1和信号接收单元2两部分组成。所述的信号发射单元1由同轴排列的激光器3（芷云光电公司AFL-PM-1550-30-R-FA光纤激光器）、调制器4（泰克公司的EO-AM-NR-C1可变速率激光调制器）、液晶空间光调制器5（BNS公司的XY系列向列液晶空间光调制器）、发射光学系统6（Shy-Watcher公司的120ED-APO卡式）和可调光阑7组成，信号发生器8通过BNC口与激光调制器4的BNC口链接，液晶空间光调制器驱动模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置，其特征在于：由信号发射单元和信号接收单元两部分组成；其中，信号发射单元由同轴排列的激光器、激光调制器、液晶空间光调制器、发射光学系统和可调光阑组成，信号发生器通过BNC口与激光调制器的BNC口链接，液晶空间光调制器驱动模块与液晶空间光调制器通过排线链接，控制计算机与液晶空间光调制器驱动模块电气连接；所述的信号接收单元包括同轴排列的接收光学系统、分光棱镜、聚焦透镜组和CCD探测器和非同轴排列的聚焦透镜组、APD光电探测器、计算机；CCD探测器和APD光电探测器将采集的电信号存入计算机；计算机计算出最佳的发射光束初始半径和空间相干长度，将最佳参数通过数传电台反馈到发射端的控制计算机，控制计算机生成一个随机相位屏控制信号，并通过液晶空间光调制器驱动模块输出给液晶空间光调制器，为发射的通信激光的波前加一个随机相位，以实现对空间相干度的调制；将接收到的最佳初始束腰宽度反馈给可调光阑，调整初始发射光束的束腰；激光器发出的激光经调制器调制进入液晶空间光调制器，通过发射光学系统后变为平行光发射，通过可调光阑调节光束口径大小，经过大气传输后，由信号接收单元进行接收；首先经过接收光学系统进行缩束，然后经分光棱镜进行分光，一束光送给聚焦透镜组，经聚焦透镜组变换后的光入射到CCD探测器上；一束光送给聚焦透镜组，经聚焦透镜组变换后的光入射到APD光电探测器上；CCD探测器将采集到的电压值存入计，计算出此时的湍流强度，即大气折射率结构常数；APD光电探测将接收到的信号送入数据处理计，计算接收到的光功率；激光器发射激光，经过调制器、液晶空间光调制器、发射光学系和可调光阑后进入湍流大气，经湍流大气后的光束进入接收光学系统，通过分光棱镜、聚焦透镜组后被CCD探测器接收，CCD探测把接收到的光信号转换为电信号，再将此信号送入计算机中处理计算出大气折射率结构函数；激光器发射激光，经过调制器、液晶空间光调制器、发射光学系统和可调光阑后进入湍流大气，可调光阑调制孔径最大为20cm，光束进入接受光学系统，通过分光棱镜、聚焦透镜组后被APD光电探测器接收，APD光电探测器将接收到的信号送入计算机，计算机计算出最佳的发射光束初始半径和空间相干长度，将最佳参数通过数传电台反馈到发射端的控制计算机，控制计算机生成一个随机相位屏控制信号，并通过液晶空间光调制器驱动模块输出给液晶空间光调制器，为发射的通信激光的波前加一个随机相位，以实现对空间相干度的调制；控制计算机将接收到的最佳初始束腰宽度反馈给可调光阑，调整初始发射光束的束腰。...

【技术特征摘要】
1.一种湍流大气中部分相干光通信初始光源参数控制装置，其特征在于：由信号发射单元和信号接收单元两部分组成；其中，信号发射单元由同轴排列的激光器、激光调制器、液晶空间光调制器、发射光学系统和可调光阑组成，信号发生器通过BNC口与激光调制器的BNC口链接，液晶空间光调制器驱动模块与液晶空间光调制器通过排线链接，控制计算机与液晶空间光调制器驱动模块电气连接；所述的信号接收单元包括同轴排列的接收光学系统、分光棱镜、聚焦透镜组和CCD探测器和非同轴排列的聚焦透镜组、APD光电探测器、计算机；CCD探测器和APD光电探测器将采集的电信号存入计算机；计算机计算出最佳的发射光束初始半径和空间相干长度，将最佳参数通过数传电台反馈到发射端的控制计算机，控制计算机生成一个随机相位屏控制信号，并通过液晶空间光调制器驱动模块输出给液晶空间光调制器，为发射的通信激光的波前加一个随机相位，以实现对空间相干度的调制；将接收到的最佳初始束腰宽度反馈给可调光阑，调整初始发射光束的束腰；激光器发出的激光经调制器调制进入液晶空间光调制器，通过发射光学系统后变为平行光发射，通过可调光阑调节光束口径大小，经过大气传输后，由信号接收单元进行接收；首先经过接收光学系统进行缩束，然后经分光棱镜进行分光，一束光...

【专利技术属性】
技术研发人员：付强，高铎瑞，赵昭，刘智，刘建华，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22