一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法技术

一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法，信号编码器根据待发送信息生成控制信号，控制信号发送至信号调制模块及载波信号发射模块，载波信号发射模块产生两路中红外波长的径向偏振激光作为载波信号，信号调制模块根据控制信号发送不同偏振角度的线性偏振激光，发送至两路载波信号，一路载波信号转化为角向偏振激光，进行相位补偿后，与另一路径向偏振激光耦合，耦合后的激光发送至信号接收模块，信号接收模块接收信号发送至信号解调模块，信号解调模块对信号解调并转换为电信号发送至信号解码器，完成空间通讯。本发明专利技术能够实现在激光空间通信中，径向偏振激光与角向偏振激光的复用及信息的解调，大幅度扩充激光空间通信的信道容量。空间通信的信道容量。空间通信的信道容量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法


[0001]本专利技术涉及一种激光设备，具体是一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法，属于光通信


技术介绍

[0002]自由空间光通信(Free Space Optical Communication,FSO)是一种以激光作为载波,在自由空间中传输信息的无线通信方式，与传统的射频(Radio Frequency,RF)无线通信相比,FSO具有可用频谱宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、功耗低、体积小和传输容量大等优点，因此受到越来越多的关注和研究。
[0003]由于激光的波长短，准直性好，能极大地降低衍射损耗，因此更适合用于建立卫星间甚至行星间的高速通信链路。在有线电缆和光缆无法连通的地方，自由空间光通信是一种实现大容量传输的可靠方式。过去几年以来，光通信接收机灵敏度已经从几百PPB(Photon Per Bit，光子/比特)提高到了单个PPB，性能提升超20dB。由于灵敏度的提高，FSO技术适用于更远的传输距离，同时进一步扩充通信容量也是当务之急。
[0004]近年来，利用光的各项性质进行信道复用，从而发展了诸如波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)、时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)、空分复用(Space Division Multiplexing,SDM)和偏振复用(Polarization Division Multiplexing,PDM)等技术，这些技术大大增加了光通信系统的容量。
[0005]偏振是光的特性之一，如常见的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，它们的共同特点是光束横截面上各点的偏振态相同。偏振呈轴对称分布的柱矢量光束(Cylindrical Vector Beam,CVB)中心的能量为零，并且其能量分布也是轴对称的圆环形。空间偏振分布不一致的CVB由于其在传输模式和稳定性方面特有的优势，是近年来光通信领域的研究热点之一。
[0006]中国专利技术专利2013年11月6日公开的一种公开号为CN101453268B的“一种基于偏振复用技术的光学通信系统及其方法”，其产生两路光信号，并将两路光信号转换为偏振方向正交的信号，促进了偏振复用(PDM)技术的实施，在单激光无复用的基础上将通信容量扩充至两倍；中国专利技术专利2018年4月3日公开的一种公开号为CN105162518B的“一种基于偏振复用的远距离高速可见通信方法”，其提出将编码后的电信号加载到两个正交偏振态的可见光载波上，通过偏振复用将调制后的两个光信号同时输出到同一自由空间，接收端采用偏振元件将两路正交光解复用，之后用光电探测器探测信号，获得信号，使用可见光通信并有效将通信容量在单激光无复用的激光上扩充至两倍；中国专利技术专利2019年5月10日公开的一种公开号为CN106911395B的“一种双正交偏振复用强度调制系统及其解复用方法”，其在发射端产生双正交偏振态复用信号，通过偏振控制器和光耦合器，将信号以不同的偏振角度复用在一起，采用斯托克斯分析仪作为接受方式，在激光无复用通信的基础上将通信容量扩充至4倍，并降低了成本。
[0007]但是上述方式在通信容量上还有待提高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备及方法，能够实现在激光空间通信中，径向偏振激光与角向偏振激光的复用及信息的解调，大幅度扩充激光空间通信的信道容量。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，包括信号编码器、信号调制模块，载波信号发射模块、信号接收模块、信号解调模块和信号解码器；
[0010]信号编码器根据待发送信息生成控制信号，控制信号发送至信号调制模块及载波信号发射模块，载波信号发射模块产生两路中红外波长的径向偏振激光作为载波信号，信号调制模块根据控制信号发送不同偏振角度的线性偏振激光，并发送至两路载波信号，其中一路载波信号转化为角向偏振激光，进行相位补偿后，与另一路径向偏振激光进行耦合，耦合后的激光发送至信号接收模块，信号接收模块接收信号，发送至信号解调模块，信号解调模块对信号解调并转换为电信号发送至信号解码器，完成空间通讯。
[0011]本专利技术的载波信号发射模块包括第一载波源和第二载波源，第一载波源和第二载波源分别接收信号编码器的控制信号作为第一载波信号、第二载波信号。
[0012]本专利技术的信号调制模块包括第一可调制激光器、第二可调制激光器、第三可调制激光器、第四可调制激光器、第五可调制激光器、第六可调制激光器、第七可调制激光器、第八可调制激光器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第三偏振分束器、第四偏振分束器、第五偏振分束器、第六偏振分束器、第七偏振分束器、第八偏振分束器、第一波片、第二波片、第三波片、第四波片、第五波片、第六波片、第七波片、第八波片、第一偏振片、第二偏振片、第三偏振片、第四偏振片、第五偏振片、第六偏振片、第七偏振片、第八偏振片、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、第四全反镜、第五全反镜、第六全反镜、第七全反镜、第八全反镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第八反射镜、第九反射镜、第一半波片、第二半波片、相位延迟器，第一可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第一偏振分束器、第一波片、第一偏振片、第一全反镜、第四反射镜后与第一载波信号进行耦合；第二可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第二偏振分束器、第二波片、第二偏振片、第二全反镜、第三反射镜后与第一载波信号进行耦合；第三可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第三偏振分束器、第三波片、第三偏振片、第三全反镜、第二反射镜后与第一载波信号进行耦合；第四可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第四偏振分束器、第四波片、第四偏振片、第四全反镜、第一反射镜后与第一载波信号进行耦合；第五可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第五偏振分束器、第五波片、第五偏振片、第五全反镜、第五反射镜后与第二载波信号进行耦合；第六可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第六偏振分束器、第六波片、第六偏振片、第六全反镜、第六反射镜后与第二载波信号进行耦合；第七可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第七偏振分束器、第七波片、第七偏振片、第七全反镜、第七反射镜后与第二载波信号进行耦合；第八可调制激光器接收到信号编码器发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第八偏振分束器、第八波片、第
八偏振片、第八全反镜、第八反射镜后与第二载波信号进行耦合；耦合后的激光光束经由第一半波片、第二半波片偏振旋转形成角向偏振激光，角向偏振激光经过相位延迟器进行相位补偿，补偿后的角向偏振激光经由第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，包括信号编码器(1)、信号调制模块，载波信号发射模块、信号接收模块、信号解调模块和信号解码器(14)；信号编码器(1)根据待发送信息生成控制信号，控制信号发送至信号调制模块及载波信号发射模块，载波信号发射模块产生两路中红外波长的径向偏振激光作为载波信号，信号调制模块根据控制信号发送不同偏振角度的线性偏振激光，并发送至两路载波信号，其中一路载波信号转化为角向偏振激光，进行相位补偿后，与另一路径向偏振激光进行耦合，耦合后的激光发送至信号接收模块，信号接收模块接收信号，发送至信号解调模块，信号解调模块对信号解调并转换为电信号发送至信号解码器(14)，完成空间通讯。2.根据权利要求1所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，载波信号发射模块包括第一载波源(21)和第二载波源(22)，第一载波源(21)和第二载波源(22)分别接收信号编码器(1)的控制信号作为第一载波信号、第二载波信号。3.根据权利要求1或2所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，信号调制模块包括第一可调制激光器(31)、第二可调制激光器(32)、第三可调制激光器(33)、第四可调制激光器(34)、第五可调制激光器(35)、第六可调制激光器(36)、第七可调制激光器(37)、第八可调制激光器(38)、第一偏振分束器(41)、第二偏振分束器(42)、第三偏振分束器(43)、第四偏振分束器(44)、第五偏振分束器(45)、第六偏振分束器(46)、第七偏振分束器(47)、第八偏振分束器(48)、第一波片(51)、第二波片(52)、第三波片(53)、第四波片(54)、第五波片(55)、第六波片(56)、第七波片(57)、第八波片(58)、第一偏振片(61)、第二偏振片(62)、第三偏振片(63)、第四偏振片(64)、第五偏振片(65)、第六偏振片(66)、第七偏振片(67)、第八偏振片(68)、第一全反镜(71)、第二全反镜(72)、第三全反镜(73)、第四全反镜(74)、第五全反镜(75)、第六全反镜(76)、第七全反镜(77)、第八全反镜(78)、第一反射镜(81)、第二反射镜(82)、第三反射镜(83)、第四反射镜(84)、第五反射镜(85)、第六反射镜(86)、第七反射镜(87)、第八反射镜(88)、第九反射镜(89)、第一半波片(91)、第二半波片(92)、相位延迟器(15)，第一可调制激光器(31)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第一偏振分束器(41)、第一波片(51)、第一偏振片(61)、第一全反镜(71)、第四反射镜(84)后与第一载波信号进行耦合；第二可调制激光器(32)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第二偏振分束器(42)、第二波片(52)、第二偏振片(62)、第二全反镜(72)、第三反射镜(83)后与第一载波信号进行耦合；第三可调制激光器(33)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第三偏振分束器(43)、第三波片(53)、第三偏振片(63)、第三全反镜(73)、第二反射镜(82)后与第一载波信号进行耦合；第四可调制激光器(34)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第四偏振分束器(44)、第四波片(54)、第四偏振片(64)、第四全反镜(74)、第一反射镜(81)后与第一载波信号进行耦合；第五可调制激光器(35)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第五偏振分束器(45)、第五波片(55)、第五偏振片(65)、第五全反镜(75)、第五反射镜(85)后与第二载波信号进行耦合；第六可调制激光器(36)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第六偏振分束器(46)、第六波片(56)、第六偏振片(66)、第六全反镜(76)、第六反射镜(86)后与第二载波信号进行耦合；第七可调制激光器(37)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第七偏振分束
器(47)、第七波片(57)、第七偏振片(67)、第七全反镜(77)、第七反射镜(87)后与第二载波信号进行耦合；第八可调制激光器(38)接收到信号编码器(1)发出的控制信号后控制激光的输出，激光依次沿第八偏振分束器(48)、第八波片(58)、第八偏振片(68)、第八全反镜(78)、第八反射镜(88)后与第二载波信号进行耦合；耦合后的激光光束经由第一半波片(91)、第二半波片(92)偏振旋转形成角向偏振激光，角向偏振激光经过相位延迟器(15)进行相位补偿，补偿后的角向偏振激光经由第九反射镜(89)后与第一载波源发射的径向激光耦合为载波信号。4.根据权利要求3所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，信号接收模块包括窄带通滤波器(10)、第一分光计(111)、第二分光计(112)、第三分光计(113)、第四分光计(114)、第五分光计(115)、第六分光计(116)、第七分光计(117)，窄带通滤波器(10)接收载波信号并对接收到的载波信号滤除光噪声，将滤除后的信号发送至第一分光计(111)，第一分光计(111)将信号光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第二分光计(112)和第五分光计(115)，第二分光计(112)将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第三分光计(113)和第四分光计(114)，第五分光计(115)将入射激光等比例，不改变偏振态情况下分别发送至第六分光计(116)和第七分光计(117)。5.根据权利要求4所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，信号解调模块包括径向偏振片(121)、角向偏振片(122)、第三半波片(93)、第四半波片(94)、第九偏振片(69)、第十偏振片(610)、第十一偏振片(611)、第十二偏振片(612)、第十三偏振片(613)、第十四偏振片(614)、第十五偏振片(615)、第十六偏振片(616)、第一探测器(131)、第二探测器(132)、第三探测器(133)、第四探测器(134)、第五探测器(135)、第六探测器(136)、第七探测器(137)和第八探测器(138)；径向偏振片(121)设置在第一分光计(111)和第二分光计(112)之间的光路中，角向偏振片(122)、第三半波片(93)、第四半波片(94)依次设置在第一分光计(111)和第五分光计(115)之间的光路中，第九偏振片(69)设置在第三分光计(113)与第一探测器(131)的输入端之间，第一探测器(131)的输出端连接信号解码器(14)；第十偏振片(610)设置在第三分光计(113)与第二探测器(132)的输入端之间，第二探测器(132)的输出端连接信号解码器(14)；第十一偏振片(611)设置在第四分光计(114)与第三探测器(133)的输入端之间，第三探测器(133)的输出端连接信号解码器(14)；第十二偏振片(612)设置在第四分光计(114)与第四探测器(134)的输入端之间，第四探测器(134)的输出端连接信号解码器(14)；第十三偏振片(613)设置在第七分光计(117)与第五探测器(135)的输入端之间，第五探测器(135)的输出端连接信号解码器(14)；第十四偏振片(614)设置在第七分光计(117)与第六探测器(136)的输入端之间，第六探测器(136)的输出端连接信号解码器(14)；第十五偏振片(615)设置在第六分光计(116)与第七探测器(137)的输入端之间，第七探测器(137)的输出端连接信号解码器(14)；第十六偏振片(616)设置在第六分光计(116)与第八探测器(138)的输入端之间，第八探测器(138)的输出端连接信号解码器(14)。6.根据权利要求5所述的一种用于大容量空间通信的高阶偏振激光复用设备，其特征在于，所述载波信号发射模块为径向偏振光产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，鲜安华，曹雪，柳阳雨，王昊天，沈德元，王一波，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：