一种相干激光通信与激光雷达一体化装置，其构成包括第一单频激光器、电光调制器、激光放大器、收发望远镜、第二单频激光器、开关切换器、光学复数化器、码型发生器、数据存储器、信号采集处理器和宽带放大器。本发明专利技术可实现激光通信、激光雷达探测双功能，装置具有全天候工作的能力、抑制背景光干扰、成像灵敏度高、结构简单、易于集成和小型化的特点，可同时实现目标的高精度相干激光雷达数据获取和实时传输通信，特别适用于远距离目标的信息探测和实时信号传输。
Integrated device of coherent laser communication and lidar
【技术实现步骤摘要】
相干激光通信与激光雷达一体化装置
本专利技术涉及激光通信与激光雷达，特别是一种相干激光通信与激光雷达的一体化装置。
技术介绍
在相干体制中，需要传输的数据信息可以调制在光波的频率、相位、偏振或幅度的其中一种或几种上，因此除引入本振光与接收信号进行干涉外，不同通信方式的具体的结构各不相同，一种典型的相移键控(PSK)调制如文献[参见文献1：HOK-P.Phase-modulatedopticalcommunicationsystems[M].NewYork:SpringerScience&BusinessMedia,2005.]。相干探测方式一方面通过引入较强的本振光场提高干涉后的信号强度，使探测达到散粒受限(shot-noiselimited)状态，而强度直接探测方式经常受到APD雪崩噪声、背景光噪声以及其他的电路热噪声等影响，接收灵敏度相对于相干方式下降了10-20dB，另一方面采用相位调制方式，如BPSK的调制方式与强度直接探测方式相比至少有6dB的灵敏度优势[参见文献2：KIKUCHIK.Fundamentalsofcoherentopticalfibercommunications[J].JLightwaveTechnol,2016,34(1):157-79.].在通信体制上，文献[参见文献3：NIUMB,CHENGJ,HOLZMANJF.Errorrateperformancecomparisonofcoherentandsubcarrierintensitymodulatedopticalwirelesscommunications[J].JOptCommunNetw,2013,5(6):554-564.]分析结果表明采用本振光相干探测方式的无线光通信(OWC)系统相比子载波强度调制(SIM)高出24-30dB。一些一种新的调制方式像光的轨道角动量(OAM)也在光通信中被应用[参见文献4：SUTH,SCOTTRP,DJORDJEVICSS,etal.Demonstrationoffreespacecoherentopticalcommunicationusingintegratedsiliconphotonicorbitalangularmomentumdevices[J].OptExpress,2012,20(9):9396-9402.]。Neda等采用将微波输出的OFDM信号直接光强调制到1550nm光载波上的方式取得了自由空间中10Gbps的传输速率，测量得到的灵敏度比OOK提高了3dB[参见文献5：CVIJETICN,DAYOUQ,TINGW.10Gb/sfree-spaceopticaltransmissionusingOFDM[C].OFC/NFOEC2008OpticalFiberCommunicationConference/NationalFiberOpticEngineersConference,2008,1847-1849.]。Ezra等人采用QPSK调制，接收端本振光外差接收的方式在波段实现了自由空间通信，其灵敏度比一般的OOK方式提高了10dB以上[参见文献6：IPE,BUCHTERD,LANGROCKC,etal.QPSKtransmissionoverfree-spacelinkat3.8mumusingcoherentdetectionwithwavelengthconversion[C].34thEuropeanConferenceonOpticalCommuication,2008,1-2.]。由于本振激光器与信号激光器不可避免地存在一定的频率漂移，并且星地和星间的通信载体之间的相对运动在光波段可能导致数十GHz的多普勒频移起伏，一般采用光锁相环使本地激光器的频率和相位与信号激光器保持一致和同步，光锁相环采用平衡探测器探测信号光与本振光的频率差，用误差信号驱动可调谐激光器或者压控振荡器(VCO)构成闭环的各种跟踪系统被广泛研究并实现[参见文献7：KAZOVSKYLG.Balancedphase-lockedloopsforopticalhomodynereceivers-performanceanalysis,designconsiderations,andlaserlinewidthrequirements[J].JLightwaveTechnol,1986,4(2):182-195；文献8：KAZOVSKYLG,ATLASDA.A1320-nmexperimentalopticalphase-lockedloop-performanceinvestigationandPSKhomodyneexperimentsat140Mb/sand2Gb/S[J].JLightwaveTechnol,1990,8(9):1414-1425.]。上述这些相干激光通信均为独立的相干通信系统，可广泛应用于远距离的星间激光通信中。对于相干激光雷达，有基于伪随机编码的三维相干激光雷达[参见文献9：JosephBuck,AndrewMalm,AndrewZakel,BrianKrause,etal.High-resolution3DCoherentLaserRadarImaging.SPIE,2007,6550,655002.]，实现了500m的三维室外成像，硬件复杂。有基于调频体制的激光雷达，调频体制是将调制信号加载在激光的频域，较为典型的基于线性调频的三维成像激光雷达体制是NASA-ALHAT项目中的DopplerLidar。NASA于2007年12年发布了自主着陆和危险回避项目(ALHAT)，用于NASA的对月球和火星的载人和机器人的空间探测计划中的着陆过程，其中用于距离和速度测量的多普勒雷达是一种全光纤线性调频连续波相干(FMCW)激光雷达。通过采用光学相干技术、线性调频技术，研制适用于空间环境的高效率、紧凑可靠的激光雷达。实现了距离和速度的同时测量[参见文献10：F.Amzajerdian,D.Pierrottet,L.Petway,etal.Lidarsystemsforprecisionnavigationandsafelandingonplanetarybodies,2011:819202-819202-819207；文献11：D.F.Pierrottet,F.Amzajerdian,L.Petway,etal.LinearFMCWlaserradarforprecisionrangeandvectorvelocitymeasurements.In:Proc.Mater.Res.Soc.Symp:CambridgeUnivPress,2008:1076-K1004.]。还有BrianW.Krause[参见文献12：BrianW.Krause,BruceG.Tiemann,andPhilipGatt.Motioncompensatedfrequencymodulatedcontinuouswave3Dcoherentimagingladarwithscannerlessarch本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种相干激光通信与激光雷达的一体化装置，其特征在于：包括第一单频激光器(1)、电光调制器(2)、激光放大器(3)、收发望远镜(4)、第二单频激光器(5)、开关切换器(6)、光学复数化器(7)、码型发生器(8)、数据存储器(9)和信号采集与处理器(10)和宽带放大器(11)，所述的开关切换器(6)实现相干激光雷达与相干激光通信工作模式的切换，上述部件的位置关系如下：/n所述的第一单频激光器(1)输出信号光束和本振光束，沿所述的信号光束方向依次是所述的电光调制器(2)、激光放大器(3)和所述的收发望远镜(4)，该收发望远镜(4)将所述的信号光束发射至雷达目标或对方终端，雷达目标的散射回波或对方终端发射的通信光束统称为回波通信光束，该回波通信光束经所述的收发望远镜(4)接收后输入所述的光学复数化器(7)的第二输入端；/n所述的本振光束输入所述的开关切换器(6)的第一输入端，所述的第二单频激光器(5)的输出端与所述的开关切换器(6)的第二输入端相连，所述的开关切换器(6)的输出端与所述的光学复数化器(7)的第一输入端相连，所述的光学复数化器(7)的输出端与所述的信号采集和处理系统(10)的输入端相连，该信号采集和处理系统(10)的第一输出端与所述的数据存储器(9)相连，所述的信号采集和处理系统(10)的第二输出端与所述的第二单频激光器(5)的控制端相连，所述的码型发生器(8)和所述的数据存储器(9)的输出端经所述的宽带放大器(11)与所述的电光调制器(2)的第二输入端相连，所述的收发望远镜(4)接收的回波通信光束输入所述的光学复数化器(7)的第二输入端。/n...
【技术特征摘要】
1.一种相干激光通信与激光雷达的一体化装置，其特征在于：包括第一单频激光器(1)、电光调制器(2)、激光放大器(3)、收发望远镜(4)、第二单频激光器(5)、开关切换器(6)、光学复数化器(7)、码型发生器(8)、数据存储器(9)和信号采集与处理器(10)和宽带放大器(11)，所述的开关切换器(6)实现相干激光雷达与相干激光通信工作模式的切换，上述部件的位置关系如下：
所述的第一单频激光器(1)输出信号光束和本振光束，沿所述的信号光束方向依次是所述的电光调制器(2)、激光放大器(3)和所述的收发望远镜(4)，该收发望远镜(4)将所述的信号光束发射至雷达目标或对方终端，雷达目标的散射回波或对方终端发射的通信光束统称为回波通信光束，该回波通信光束经所述的收发望远镜(4)接收后输入所述的光学复数化器(7)的第二输入端；
所述的本振光束输入所述的开关切换器(6)的第一...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢智勇，孙建锋，周煜，鲁伟，王利娟，许倩，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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