一种激光通信装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种激光通信装置及方法，用于接收空间激光到单模光纤，激光通信装置包括：章动跟踪振镜、接收主镜、单模光纤和处理模块；章动跟踪振镜，用于在章动扫描状态下接收并反射空间激光；接收主镜，用于接收章动跟踪振镜反射的空间激光，且对空间激光进行光学增益后将空间激光汇聚到单模光纤的端面；处理模块，用于接收单模光纤传输的空间激光，且根据一个章动扫描周期内接收的空间激光的光功率的最大值对应的章动角度，调整章动跟踪振镜的章动中心向单模光纤的端面的中心收敛。本发明专利技术以光纤章动耦合为基础进行空间光到单模光纤耦合，使章动跟踪振镜的章动中心向单模光纤的端面的中心收敛，实现高速、高效、便捷的空间激光通信。

A laser communication device and method

【技术实现步骤摘要】
一种激光通信装置及方法
本专利技术涉及激光通信
，尤其涉及一种激光通信装置及方法。
技术介绍
空间激光通信可以替代光纤通信，在不便于架设光纤的情况下，实现自由空间的高速激光数据传输，在应急通信、楼宇间数据传输、野战条件保障等场合具有较大的应用前景。目前，自由空间激光通信采用伺服转台机构与跟踪相机组成闭环控制系统实现光束的瞄准与跟踪，采用大靶面空间耦合光电探测器进行通信接收。这种方案伺服机构复杂，配置不灵活，成本很高，且大靶面空间耦合通信速率受限(仅为2Gbps量级)；虽然目前光纤器件非常成熟，但是，光纤器件应用于空间激光通信，9μm单模光纤接收限制了通信接收视场，对传统相机转台伺服跟踪系统提出了过高的要求，难以实现。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种激光通信装置及方法，以解决现有技术的传统相机转台伺服跟踪系统难以实现单模光纤接收空间激光的问题。第一方面，提供一种激光通信装置，用于接收空间激光到单模光纤，所述激光通信装置包括：章动跟踪振镜、接收主镜、单模光纤和处理模块；所述章动跟踪振镜，用于在章动扫描状态下接收并反射所述空间激光；所述接收主镜，用于接收所述章动跟踪振镜反射的所述空间激光，且对所述空间激光进行光学增益后将所述空间激光汇聚到所述单模光纤的端面；所述处理模块，用于接收所述单模光纤传输的所述空间激光，且根据一个章动扫描周期内接收的所述空间激光的光功率的最大值对应的章动角度，调整所述章动跟踪振镜的章动中心向所述单模光纤的端面的中心收敛。第二方面，提供一种激光通信方法，用于接收空间激光到单模光纤，所述激光通信方法用于上述的激光通信装置，所述激光通信方法包括：章动跟踪振镜在章动扫描状态下接收并反射所述空间激光；接收主镜接收所述章动跟踪振镜反射的所述空间激光，且对所述空间激光进行光学增益后将所述空间激光汇聚到所述单模光纤的端面；处理模块接收所述单模光纤传输的所述空间激光，且根据一个章动扫描周期内接收的所述空间激光的光功率的最大值对应的章动角度，调整所述章动跟踪振镜的章动中心向所述单模光纤的端面的中心收敛。本专利技术实施例，以光纤章动耦合为基础进行空间光到单模光纤耦合，使章动跟踪振镜的章动中心向单模光纤的端面的中心收敛，从而可实现光轴对准，以便建立激光通信链路，实现高速、高效、便捷的空间激光通信。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一优选实施例的激光通信装置的结构框图；图2是本专利技术实施例的激光通信装置的处理模块的结构框图；图3是本专利技术另一优选实施例的激光通信装置的结构框图；图4是本专利技术实施例的激光通信装置的工作原理示意图；图5是本专利技术实施例的章动扫描单模光纤的截面图；图6是本专利技术实施例的章动扫描过程的空间激光的光功率的波动示意图；图7是本专利技术实施例的光斑-光纤位置关系图；图8是本专利技术实施例的章动扫描过程的光斑-光纤位置变化图；图9是本专利技术实施例的章动扫描过程随光斑-光纤位置变化对应的空间激光的光功率的波动示意图；图10是本专利技术实施例的激光通信方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种激光通信装置。该激光通信装置用于接收空间激光到单模光纤。具体的，如图1所示，本专利技术一优选实施例的激光通信装置包括：章动跟踪振镜1、接收主镜2、单模光纤3和处理模块4。本专利技术实施例采用的单模光纤3的直径为9μm。具体的，章动跟踪振镜1，用于在章动扫描状态下接收并反射空间激光。空间激光可由光端机发射。具体的，光端机可以1mrad发散角发射空间激光。应当理解的是，空间激光应有效覆盖本专利技术实施例的激光通信装置，才能获得有效的章动扫描的数据。该章动扫描是一种圆形扫描，其章动半径可根据经验预设，因此，章动跟踪振镜1，具体用于在章动跟踪振镜1的方位轴和俯仰轴分别进行同相位正弦运动和余弦运动，合成圆形章动扫描。通过章动跟踪振镜1的二维运动，实现如图4所示的扫描轨迹。图4中左侧的光端机是发送端。右侧的激光通信装置(同样可以是光端机)是接收端。发送端光端机发射的空间激光的光束有效覆盖接收端的激光通信装置，章动扫描轨迹如虚线所示。本专利技术实施例仅采用一个可兼顾高速章动与低速补偿控制的电磁振镜作为章动跟踪振镜1，可以同时实现章动扫描与补偿控制。此外，本专利技术实施例的激光通信装置主要用于点对点和静态空间激光通信，光纤章动的主要作用是光束瞄准与视场收敛，并不需要特别高速的跟踪与抑制，因此对章动跟踪振镜1的速率不需要特别严格的要求，可以采用单振镜方案，减少振镜的数量，降低了整个装置的复杂度，节省了成本。接收主镜2，用于接收章动跟踪振镜1反射的空间激光，且对空间激光进行光学增益后将空间激光汇聚到单模光纤3的端面。处理模块4，与单模光纤3连接，用于接收单模光纤3传输的空间激光，且根据一个章动扫描周期内接收的空间激光的光功率的最大值对应的章动角度，调整章动跟踪振镜1的章动中心向单模光纤3的端面的中心收敛。如图5所示，一个章动扫描周期，光斑移动360度；章动中心逐渐向单模光纤3的端面的中心移动。其中，图中的小圆为采样点，圆心A和圆心B之间的距离为章动步长。圆心B到圆周上的C点的距离为一个章动圆的半径(即章动半径)。通过提取一个章动扫描周期内光功率的最大值所对应的章动角度，作为方向辨别信息，可以极大地提高角度分辨率，提高对准精确程度。通过调整章动跟踪振镜1的章动中心向单模光纤3的端面的中心收敛，如图6和7所示，光功率逐步增大，有利于高精度的视场对准，建立激光通信链路，从而可实现高效率稳定跟踪与耦合。具体的，处理模块4包括：与单模光纤3连接的第一SFP(SmallFormPluggable，小型可插拔)+光纤接口401。该第一SFP+光纤接口401具有10Gbps的传输速度，且是一种带有光功率监测功能的SFP探测器；因此，第一SFP+光纤接口401用于接收空间激光，且通过第一SFP+光纤接口401的数字诊断功能检测空间激光的光功率的波动，从而以单一探测器同时实现数据传输与章动跟踪，简化了系统。处理模块4根据第一SFP+光纤接口401检测得到的光功率的波动可得到一个章动扫描周期内接收的空间激光的光功率的最大值对应的章动角度，从而可调整章动跟踪振镜1的章动中心向单模光纤3的端面的中心收敛。优选的，处理模块4调整章动跟踪振镜1的章动中心向单模光纤3的端面的中心收敛的过程之前，需要章动跟踪振镜1已捕获空间激光，即进入单模光纤3的空间激光的光功率需要满足一个阈值；因此，该处理模块4还用于判断章动跟踪振镜1本次章动扫描周期内的所有采样点的最大光功率是否大于预设光功率阈值；若所有采样点的最大光功率大于预设光功率阈值，则开始调整章动跟踪振镜1的章动中心向单模光纤3的端面的中心收敛。该预设光功率阈值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光通信装置，用于接收空间激光到单模光纤，其特征在于，所述激光通信装置包括：章动跟踪振镜、接收主镜、单模光纤和处理模块；所述章动跟踪振镜，用于在章动扫描状态下接收并反射所述空间激光；所述接收主镜，用于接收所述章动跟踪振镜反射的所述空间激光，且对所述空间激光进行光学增益后将所述空间激光汇聚到所述单模光纤的端面；所述处理模块，用于接收所述单模光纤传输的所述空间激光，且根据一个章动扫描周期内接收的所述空间激光的光功率的最大值对应的章动角度，调整所述章动跟踪振镜的章动中心向所述单模光纤的端面的中心收敛。

【技术特征摘要】
1.一种激光通信装置，用于接收空间激光到单模光纤，其特征在于，所述激光通信装置包括：章动跟踪振镜、接收主镜、单模光纤和处理模块；所述章动跟踪振镜，用于在章动扫描状态下接收并反射所述空间激光；所述接收主镜，用于接收所述章动跟踪振镜反射的所述空间激光，且对所述空间激光进行光学增益后将所述空间激光汇聚到所述单模光纤的端面；所述处理模块，用于接收所述单模光纤传输的所述空间激光，且根据一个章动扫描周期内接收的所述空间激光的光功率的最大值对应的章动角度，调整所述章动跟踪振镜的章动中心向所述单模光纤的端面的中心收敛。2.根据权利要求1所述的激光通信装置，其特征在于，所述处理模块包括：与所述单模光纤连接的第一SFP+光纤接口，所述第一SFP+光纤接口用于接收所述空间激光，且通过所述第一SFP+光纤接口的数字诊断功能检测所述空间激光的光功率的波动。3.根据权利要求1所述的激光通信装置，其特征在于：所述章动跟踪振镜，具体用于在所述章动跟踪振镜的方位轴和俯仰轴分别进行同相位正弦运动和余弦运动，合成圆形章动扫描。4.根据权利要求1所述的激光通信装置，其特征在于：所述处理模块，还用于判断所述章动跟踪振镜本次章动扫描周期内的所有采样点的最大光功率是否大于预设光功率阈值；若所述所有采样点的最大光功率大于预设光功率阈值，则开始调整所述章动跟踪振镜的章动中心向所述单模光纤的端面的中心收敛。5.根据权利要求4所述的激光通信装置，其特征在于：所述处理模块，具体用于根据一个章动扫描周期内接收的空间激光的光功率的最大值对应的章动角度确定收敛的方向，且采用计算本次章动扫描周期对应的所述收敛方向的弧长，其中，θr,j表示收敛方向的弧长，ij表示一个章动扫描周期内光功率的最大值对应的采样点的排序，N表示采样点的数量，j表示章动扫描周期的次数，且章动扫描周期内的所有采样点的最大光功率大于所述预设光功率阈值；获取本次章动扫描周期对应的所述收敛方向的弧长沿所述收敛方向在x轴的分量error_xj＝cosθr,j和在y轴的分量error_yj＝sinθr,j；获取本次章动扫描周期对应的所述章动跟踪振镜在x轴的迭代执行量Sum_error_xj＝Sum_error_xj-1+error_xj×u和在y轴的迭代执行量Sum_error_yj＝Sum_error_yj-1+error_yj×u，其中，A表示收敛的步长，Kp表示比例系数，Ki表示积分系数，Kd表示微分系数，Pmax表示预设光功率的最大值，Pi,j表示一个章动扫描周期内的光功率的最大值，ΔPmax表示预设光功率的最大值与一个章动扫描周期内的光功率的最大值的差值，表示本次章动扫描周期及本次章动扫描周期之前的所有章动扫描周期的ΔPmax的和，ΔPj,j-1表示本次章动扫描周期内的光功率的最大值与前一次章动扫描周期内的光功率的最大值的差值；获取本次章动扫描周期对应的所述章动跟踪振镜在x轴的总执行量和在y轴的总执行量其中，Xcenter表示章动扫描中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：于笑楠，佟首峰，宋延嵩，常帅，张磊，张雷，董岩，赵馨，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22