一种新型大气激光通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种新型大气激光通信设备，所述新型大气通信设备包括信号编码器、激光发生模块、载波选择模块、信号调制模块、信号接收模块和信号解码器。信号编码器将待发送信息转为电信号，发送至信号调制模块；激光发生模块输出1600纳米至1700纳米波段的两路不同波长的激光作为载波信号；载波选择模块选定一种波长的激光，送至信号调制模块对激光进行空间模式调制，调制后激光经由大气发送至信号接收模块；信号接收模块接收光信号并转为电信号，信号解码器使用神经网络对电信号进行解码，完成大气激光通讯。本发明专利技术不仅包含强度调制，亦对激光空间模式进行调制，实现了多维信息的并行传输，为提高大气激光通信的通信速率提供了一种新的解决方法。

【技术实现步骤摘要】
一种新型大气激光通信设备
本专利技术属于大气激光通信
，具体为一种新型大气激光通信设备及其通信方法。
技术介绍
激光通信的原理与普通的无线电通信相类似。所不同的是，无线电通信是把声音、图像或其他信号调制到无线电载波上发送出去，而激光通信则是把声音、图像或其他信息调制到激光载波上发送出去。激光通信可分为地面大气通信、宇宙空间通信和光学纤维通信。与传统的通信方式相比较，激光通信具有保密性强、抗干扰能力强的突出优点。与光纤通信相比，大气激光通信无需光纤铺设和维护；与微波通信相比，无需频率使用许可证的审批，不受无线电干扰，现有微波通信技术面临微波频带资源不够、通信容量有限、传输方向性不好等，已经不能满足日益增长的通信需求。空间激光通信技术近年来飞速发展，许多技术难题逐步被攻克。例如，快速高精度指向、捕获、跟踪(PAT)技术，大气湍流效应抑制及补偿技术，窄线宽大功率激光发射技术、低噪声光放大技术和高灵敏度光接收技术等。这些技术难题的攻克，为实现星际激光通信奠定了基础。近年来空间激光通信的迅速发展主要表征在速率方面，如何继续提升空间激光通信的通信速率是当务之急。针对空间光通信中光信号的特点，目前广泛采用强度调制/直接检测(IM/DD)的方式进行信息传输。他主要包括开关键控调制(OOK)以及属于脉冲位置调制PPM的单脉冲位置调制(L-PPM)、数字脉冲间隔调制(DPIM)、双幅度脉冲间隔调制(DAPIM)、双幅度脉冲位置调制(DAPPM)。单激光空间通信速率因受调制方式影响达到一定上限，现多采用多激光进行空间通信以提升通信速率。研究空间激光通信，并提出切实有效的空间激光通信方式，在国防、商业领域均具有巨大价值，有利于助推激光技术稳步发展。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提出一种新型大气激光通信设备，对激光的强度和空间模式同时进行调制，实现多维信息的并行传输，为提高大气激光通信的通信速率提供了一种新的解决方法。为实现本专利技术的目的，提供一种新型大气激光通信设备，其特征在于，信号编码器、激光发生模块、载波选择模块、信号调制模块、信号接收模块和信号解码器；信号编码器用于将待发送信息转换为相应的电信号，发送至信号调制模块；激光发生模块输出1600纳米至1700纳米波段的两路不同波长的激光作为载波信号；载波选择模块对激光发生模块产生的两路不同波长的载波信号进行选择，然后发送至信号调制模块对激光进行空间模式调制，调制后激光经由大气发送至信号接收模块；信号接收模块将对应光学信号转换为电信号，电信号发送至信号解码器；信号解码器通过神经网络技术对电信号进行解码，完成大气激光通讯。所述激光发生模块包括半导体激光器、波分复用器、第一增益光纤，非线性光纤器件，第二增益光纤，光纤分路器，第一准直器，第二准直器；半导体激光器发出980nm激光，通过波分复用器耦合进腔内，第一增益光纤对激光进行增益，经过非线性光纤器件产生拉曼效应，产生1620nm波长的激光，激光经由光纤分路器，分为两路相同强度的激光，其中一路经过第二增益光纤，产生1700nm波长的激光，经由第一准直器进入自由空间，另一路1620nm波长的激光经由第二准直器进入自由空间。所述第一增益光纤为Er3+掺杂增益光纤，第二增益光纤为Tm3+增益光纤。所述载波选择模块包括步进电机、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，所述第一反射镜和第三发射镜分别设置在两路不同波长的激光的输出端，所述第二反射镜和第三反射镜上下平行设置，第四发射镜设置在信号调制模块的输入端，且由步进电机控制进行位置调节。所述的信号调制模块包括空间光调制器，所述空间光调制器包括多个独立单元，在空间上排列成一维或二维阵列，每个单元都可以独立地接收光学信号或电学信号的控制，并按此信号改变自身的光学性质，实现对照明在其上的光波进行空间模式调制。所述的信号接收模块包括滤波器和电荷藕合器件图像传感器，滤波器对光信号进行滤波，滤波后发送至电荷藕合器件图像传感器，电荷耦合器件图像传感器实时探测接收光的空间模式，并将对应光信号转换为电信号发送至信号解码器。所述的信号解码模块包含预训练的神经网络，所述预训练的神经网络由输出层、4个隐藏层和输出层组成，预训练神经网络的输入参量为接收激光的空间模式，输出参量为信号编码。具体工作方法如下，(1)半导体激光器1发出980nm激光光源，通过波分复用器2耦合进腔内，增益光纤3对激光进行增益，经过非线性光纤器件4产生拉曼效应，产生1620nm波长的激光；(2)1620nm波长的激光经由光纤分路器5，分为两路相同强度的激光，其中一路经过第二增益光纤6，产生1700nm波长的激光，经由第一准直器7进入自由空间，另一路1620nm波长的激光经由第二准直器8进入自由空间；(3)若选定1620波长激光作为载波信号，步进电机15调整第四反射镜12，使1700nm波长激光偏离1620nm波长激光光路，1620nm波长激光依次经由第三反射镜11和第二反射镜10传输至空间光调制器13；(4)若选定1700nm波长激光作为信号载波，步进电机15调整第四反射镜12，1620nm波长激光入射至第四反射镜12一侧，经由第四反射镜12反射，与入射方向呈90度出射，偏离1700nm波长激光光路，1700nm波长激光依次经由第一反射镜9和第四反射镜12传输至空间光调制器13；(5)待发送信息通过信号编码器14先转化为8位二进制编码，信号编码器14将二进制编码信号编译为空间光调制器13的对应控制信号，并发送至空间光调制器13进行空间模式调制；(6)调制后的激光经由自由空间发送至滤波器16进行信号滤波，滤除其余波段的激光，避免光噪声的干扰；(7)滤波后的光信号发送至电荷耦合器件图像传感器17进行探测，电荷耦合器件图像传感器17将光信号转换为对应电信号，发送至信号解码器18进行解码；(8)信号解码器18通过预训练的神经网络对输入信号进行处理；(9)信号解码后，根据二进制信息编译为文字信号，完成空间激光通讯。所述空间光调制器的激光空间模式对应编码方法如下：最高位为符号位，通过激光的能量调制，能量高于k值定义为1，能量低于k值定义为0，0至6号位由对应激光的空间模式分布决定，光斑按顺时针分为7部分，12点钟对应位置为0号位，顺时针依次为1、2、3、4、5、6号位，有能量分布为1，无则为0。1550nm~1750nm波段处于大气窗口区域，具有良好的大气穿透性，是用于大气激光通信的理想波段之一。1550nm是现用于激光通信的主流波段之一，本专利技术使用处于1600~1700nm波段的激光进行大气通信，该波段在具备良好大气穿透性的同时也实现了信号的加密，避免信号传输过程的被窃取的现象。采用980nm的半导体激光器作为泵浦源，泵浦激光通过波分复用器耦合进腔内，掺铒光纤采用1m长的高掺杂光纤(Liekki80-125)，其色散值32000fs2/m，输出耦合器将腔内脉冲70%能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型大气激光通信设备，其特征在于，所述新型大气通信设备包括信号编码器、激光发生模块、载波选择模块、信号调制模块、信号接收模块和信号解码器；/n信号编码器用于将待发送信息转换为相应的电信号，发送至信号调制模块；激光发生模块输出1600纳米至1700纳米波段的两路不同波长的激光作为载波信号；载波选择模块对激光发生模块产生的两路不同波长的载波信号进行选择，然后发送至信号调制模块对激光进行空间模式调制，调制后激光经由大气发送至信号接收模块；信号接收模块将对应光学信号转换为电信号，电信号发送至信号解码器；信号解码器通过神经网络技术对电信号进行解码，完成大气激光通讯。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型大气激光通信设备，其特征在于，所述新型大气通信设备包括信号编码器、激光发生模块、载波选择模块、信号调制模块、信号接收模块和信号解码器；
信号编码器用于将待发送信息转换为相应的电信号，发送至信号调制模块；激光发生模块输出1600纳米至1700纳米波段的两路不同波长的激光作为载波信号；载波选择模块对激光发生模块产生的两路不同波长的载波信号进行选择，然后发送至信号调制模块对激光进行空间模式调制，调制后激光经由大气发送至信号接收模块；信号接收模块将对应光学信号转换为电信号，电信号发送至信号解码器；信号解码器通过神经网络技术对电信号进行解码，完成大气激光通讯。


2.根据权利要求1所述的一种新型大气激光通信设备，其特征在于，所述激光发生模块包括半导体激光器、波分复用器、第一增益光纤，非线性光纤器件，第二增益光纤，光纤分路器，第一准直器，第二准直器；半导体激光器发出980nm激光，通过波分复用器耦合进腔内，第一增益光纤对激光进行增益，经过非线性光纤器件产生拉曼效应，产生1620nm波长的激光，激光经由光纤分路器，分为两路相同强度的激光，其中一路经过第二增益光纤，产生1700nm波长的激光，经由第一准直器进入自由空间，另一路1620nm波长的激光经由第二准直器进入自由空间。


3.根据权利要求2所述的一种新型大气激光通信设备，其特征在于，所述第一增益光纤为Er3+掺杂增益光纤，第二增益光纤为Tm3+增益光纤。


4.根据权利要求1所述的一种新型大气激光通信设备，其特征在于，所述载波选择模块包括步进电机、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，所述第一反射镜和第三发射镜分别设置在两路不同波长的激光的输出端，所述第二反射镜和第三反射镜上下平行设置，第四发射镜设置在信号调制模块的输入端，且由步进电机控制进行位置调节。


5.根据权利要求1所述的一种新型大气激光通信设备，其特征在于，所述的信号调制模块包括空间光调制器，所述空间光调制器包括多个独立单元，在空间上排列成一维或二维阵列，每个单元都可以独立地接收光学信号或电学信号的控制，并按此信号改变自身的光学性质，实现对照明在其上的光波进行空间模式调制。


6.根据权利要求1所述的一种新型大气激光通信设备，其特征在于，所述的信号接收模块包括滤波器和电荷藕合器件图像传感器，滤波器对光信号进行滤波，滤波后发送至电荷藕合器件图像传感器，电荷耦合器件图像传感器实时探测接收光的空间模式，并将对应光信号转换为电信号发送至信...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，鲜安华，柳阳雨，曹雪，王敬如，康健，陈浩，
申请(专利权)人：新沂市锡沂高新材料产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32