本发明专利技术的目的是一种应用非常微弱的光脉冲接收信息的接收器，其包括输入、光学元件和检测器，其特征在于，其包括至少一个模块，该模块包括至少一个偏振分裂元件、对每个分离的偏振具有不同光程长度的元件、以及至少一个旋转该偏振的板。本发明专利技术的目的还是一种应用非常微弱的光脉冲传输信息的系统，包括发射器和接收器，其特征在于，接收器包括至少一个模块，该模块包括至少一个偏振分离元件、对每个分离的偏振具有不同光程长度的元件、以及旋转该偏振的半波板(HWP)。本发明专利技术的目的还是一种应用非常微弱的光脉冲传输信息的方法，其特征在于，在接收器中，将具有至少两个不同偏振的光脉冲分离成具有不同偏振的至少两个光信号；随后，对具有分离偏振之一的信号相对于具有其它偏振的光信号进行迟延，接着利用干涉对信号进行合并和放大，再随后将信号记录在检测器中。
A receiver using very weak optical pulse to receive the transmitted information, a system including the receiver used to transmit information, and a method using very weak optical pulse to transmit information
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种应用非常微弱的光脉冲接收所传输信息的接收器，一种用于传输信息的包括这种接收器的系统，以及一种应用非常微弱的光脉冲传输信息的方法本专利技术的目的是一种应用非常微弱的光脉冲接收所传输信息的接收器、一种应用非常微弱的光脉冲传输信息的包括这种接收器的系统和一种应用非常微弱的光脉冲传输信息的方法。本专利技术还涉及由至少两个模块组成的用于远距离传输信息的系统。本专利技术被发现可用于广泛理解的卫星通信、远程通信、光学和包括深空在内的远距离弱电磁脉冲的传输。
技术介绍
在现有技术中，脉冲位置调制(PPM)是卫星通信中已知且最常用的信号调制技术之一。由于单个PPM码元的帧内光功率分布不均匀，因此该技术需要安装在发射器中的激光器具有很高的瞬时功率。卫星发射器的标准结构是通过电光调幅器对连续工作的激光器中的光脉冲进行裁切，利用随后的脉冲放大来实现PPM调制，例如铒光学放大器(D.O.Caplan，“激光通信发射器和接收器设计”，《光学与光纤通信研究杂志》，2007年，4月刊，第225-362页)。在这种方案中，传输速度可以达到每秒几兆比特，主要受使用的振幅调制器的速度限制。由于几瓦特的瞬时功率很低，这种方案只能在相对较短的距离上传输信息，如地球低轨道、地球静止轨道或地球-月球轨道(M.Toyoshima等人，《NICT空间激光通信技术研发现状及未来计划》，2015年IEEEICSOS，新奥尔良，洛杉矶，第1-5页(2015年10月))。为了在长距离实现与深空通信的PPM协议，需要以千瓦为单位的瞬时光功率(103W)。目前采用的解决方法是通过调制激光器谐振腔的质量因子(Q开关)来实现的(H.Hemmati，深空光通信，第五章：飞行收发信器，威利数据库，2005年10月)。不幸的是，腔调制频率被限制到几百千赫(kHz)，这显著地降低了可获得的传输速度。此外，在这种方案中，将电功率转换为光功率的效率很低，在效率最高的系统中转换效率为10-15％。发射器部分上的高瞬时功率还与散热问题以及光纤元件损坏的风险相关联。一个期望的解决方案是利用结构光接收器来降低安装在发射器中的激光器的瞬时功率。在这个方案中，光能被分割为若干个脉冲，这些脉冲随后在进行测量的接收器中被合并。当接收到的信号功率变得很低时，就会出现所谓的超加和性现象，即几个脉冲的联合测量比所有脉冲分别测量提供更多的信息。美国专利文献US20120177385A中描述了一个结构化接收器的典型例子，其中提出了一个具有n个输入端口和n个输出端口的线性光学系统，可将具有特定相位关系的光脉序列冲转换为空间PPM格式。与目前的方案不同的是，该系统要求每个形成序列的光脉冲进入一个不同的输入端口。类似地，每个PPM输出码元都出现在其中一个“n”输出端口上，而不像目前的方案一样出现在同一个输出端口上。如果所有脉冲都以直射方式传播，则该文献中提供的方案还需要对进入和离开设备的单个脉冲进行主动重定向。还已知美国专利文献US14981175A，其中信息的传输是通过连续工作的激光器的相位调制来实现的，随后根据本章开头描述的结构加以放大。与现有方案不同的是，在该专利文献中，信号的每个调制片段都被单独地记录，并且没有随后的相位调制信号到PPM格式的转换。在现有技术中，存在许多已知的使用无线电或微波频带进行卫星通信的系统的例子(例如US3710255A，US13116403A)。这个频段的电磁波(0.5GHz-20GHz)目前既用在地球轨道通信中，又用在由航天器或火星探测器实现的任务中。对探索空间设备收集的数据传输速度日益增长的需求导致人们对光通信越来越感兴趣，光通信被认为是卫星通信的未来(D.Powell，《激光促进空间通信》，《自然》，2013年，499，266–267页)。引起这种兴趣的主要原因是光通信提供了相当宽的传输频带，根据香农-哈特利定理(E.Desurvivre，《经典与量子信息论》，剑桥大学出版社，2009年)，它允许将数据传输速度提高几个数量级。现有技术中使用激光通信连接太空中的卫星，并且在太空到地球之间使用无线电通信(Z.Sodnik和M.Sans，Proc.2012年空间光学系统及应用国际会议(ICSOS)，13-2，阿雅克修，科西嘉岛，法国，2012年10月9日至12日)。为了提高从太空到地球的激光链路的稳定性，有一种已知的方法，可以利用自适应光学元件或多模接收器来补偿由于大气湍流等大气条件而造成的信号失真。现有技术中有文献提出，采用具有适当折射系数的透镜系统或电介质块的校正子系统，以提高光束进入接收器的接收角度(J.Jin，S.Agne，Jean-PhilippeBourgoin，Y.Zhang，N.Lütkenhaus，T.Jennewein，《物理评论》，A97，043847(2018年))。即使输入光束经历例如由大气湍流引起的波前失真，增大的接收角也使得接收器可以进行有效的操作。现有技术中的问题远距离卫星光通信的主要问题是有效地产生瞬时功率很高的PPM格式调制信号。强PPM脉冲不能通过连续工作激光器的幅度调制来有效地生成，而现有的脉冲激光器具有光电转换效率低的特点。问题的解决方案本专利技术涉及利用已调制的连续工作激光器产生的脉冲的偏振相序列，在接收器中将其转换成标准的脉冲位置调制格式，进行信息传输的技术。由于光干扰在接收器中的多个阶段发生，脉冲序列携带的能量被集中在一个脉冲中。这使得在远距离传输光学信息时，可以提高瞬时光功率与平均光功率的比值，同时由于应用了连续工作的激光器，保持了电能向光能转换时的高效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种用于应用非常微弱的光脉冲接收信息的接收器，包括输入端、光学元件和检测器，其特征在于，所述接收器包括至少一个模块，所述模块包括至少一个偏振分离元件、对每个分离的偏振具有不同光程长度的元件、以及至少一个旋转所述偏振的板。优选地，所述对每个分离的偏振具有不同光程长度的元件设置在两个偏振分束器(PBS)立方体之间，光信号的一部分跟随较短的光程长度，并且光信号的一部分跟随较长的光程长度。优选地，所述模块包括至少一个偏振调制器(PoIM)。优选地，所述旋转偏振板可以是半波板(HWP)或四分之一波板(QWP)。优选地，所述接收器用于模拟信号(PPM)的数字调制。优选地，所述接收器用于记录远距离的弱光信号。优选地，在所述接收器系统的输出处设置单光子检测器，用于检测所述光脉冲。优选地，所述光信号的波长在600-1700nm的范围内，优选地在700-900或1100-1600nm的范围内，最优选地在1500-1600nm的范围内。优选地，所述接收器中的模块包括至少一个校正子系统，增加所述接收器的接收角度，优选地，校正子系统为具有适当折射系数的电介质块或4f透镜系统。本专利技术还涉及一种应用非常微弱的光脉冲传输信息的系统，包括发射器和接收器，其特征在于，所述接收器包括至少一个模块，所述模块包括至少一个偏振分离元件、对每个分离的偏振本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用非常微弱的光脉冲接收信息的接收器，包括输入端、光学元件和检测器，其特征在于，所述接收器包括至少一个模块，所述模块包括至少一个偏振分离元件、对每个分离的偏振具有不同光程长度的元件、以及至少一个旋转偏振的板。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171030 PL PL4233001.一种应用非常微弱的光脉冲接收信息的接收器，包括输入端、光学元件和检测器，其特征在于，所述接收器包括至少一个模块，所述模块包括至少一个偏振分离元件、对每个分离的偏振具有不同光程长度的元件、以及至少一个旋转偏振的板。
2.根据权利要求1所述的接收器，其特征在于，所述对每个分离的偏振具有不同光程长度的元件设置在两个偏振分束器(PBS)立方体之间，光信号的一部分沿着较短的光程长度，并且光信号的一部分沿着较长的光程长度。
3.根据权利要求1或2所述的接收器，其特征在于，所述模块包括至少一个偏振调制器(PoIM)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的接收器，其特征在于，所述旋转偏振的板可以是半波板(HWP)或四分之一波板(QWP)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的接收器，其特征在于，所述接收器用于模拟信号(PPM)的数字调制。
6.根据权利要求1-5任一项所述的接收器，其特征在于，所述接收器用于记录远距离的弱光信号。
7.根据上述权利要求中任一项所述的接收器，其特征在于，在所述接收器系统的输出处设置单光子检测器，用于检测所述光脉冲。
8.根据上述权利要求中任一项所述的接收器，其特征在于，所述光信号的波长在600-1700nm的范围内，优选地在700-900或1100-1600nm的范围内，最优选地在1500-1600nm的范围内。
【专利技术属性】
技术研发人员：K·巴纳斯泽克，M·亚胡拉，
申请(专利权)人：华沙大学，
类型：发明
国别省市：波兰;PL
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