【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自由空间光通信终端和操作自由空间光通信终端的方法。
技术介绍
1、自由空间光(fso)通信使用在自由空间中传播的光来传输数据。在fso通信的背景下，“自由空间”指的是例如空气、空间、真空或类似的事物，并且与经由诸如光纤线缆的固体进行的通信形成对比。fso通信通常依赖于发射器与接收器之间的直接视线，并且因此依赖于在fso通信终端之间引导光束。fso通信例如在经由诸如光纤线缆或其他数据线缆的物理连接进行通信是不切实际的情况下可能是有用的。一种这样的情况是例如诸如无人机的飞行器与基于地面的终端之间的通信。
2、与其他无线通信技术相比，fso通信可以提供较高的数据速率和改进的安全性。例如，与射频(rf)通信相比，fso通信可以实现较高的数据速率，并且可以不容易受到干扰和拦截的影响。
3、期望允许降低fso通信终端的尺寸、重量和功率(swap)要求。
技术实现思路
1、根据本专利技术的第一方面，提供了一种自由空间光通信终端，沿着其主轴包括：四分之一波片；法拉第旋转器；偏振分离器；第一分路，其包括接收器和发射器；以及第二分路，其包括被配置成利用接收光束的部件。四分之一波片、法拉第旋转器和偏振分离器被配置成使得：对于入射在四分之一波片上的接收圆偏振光束，四分之一波片将接收圆偏振光束转换成接收线性偏振光束；法拉第旋转器旋转接收线性偏振光束的偏振以产生经旋转的接收线性偏振光束；并且偏振分离器将经旋转的接收线性偏振光束的第一部分提供给第一分路，并将经旋转的接收线性
2、在使用中，终端可以接收圆偏振光并使接收的终端的两个分路之间的光分离，以及发送由终端的第一分路中的发射器产生的具有输出偏振诸如圆偏振的光。因此，第二分路中的部件可以利用接收的光束，但是发射器和接收器设置在同一第一分路中。发射器和接收器设置在同一分路中又可以允许降低终端的尺寸、重量和功率要求，因为例如诸如准直光学器件和中继光学器件的光学元件可以是发射器和接收器二者共有的，并且可以被缩短以进一步改进系统集成。例如，如果接收光束和发射光束遵循基本相似的路径，则光束跟踪和转向控制例如由快速转向镜提供的精细转向可以对于发射器和接收器二者是共同的。在组合发射器和接收器分路使得它们利用单个孔径并由此共享光学转向系统的部件时，可以使终端的系统尺寸、重量和功率需求最小化。
3、在示例中，四分之一波片、法拉第旋转器和偏振分离器被配置成使得输出偏振是圆形的。输出偏振为圆形意味着接收终端的入射偏振不随接收终端的空间取向而变化，这可以允许自由空间光通信网络的灵活性和鲁棒性。在示例中，所接收的圆偏振光束可以是左圆偏振和右圆偏振中的一个，并且输出偏振可以是左圆偏振和右圆偏振中的另一个。
4、在示例中，四分之一波片、法拉第旋转器和偏振分离器被配置成使得提供给第一分路的第一接收部分和提供给第二分路的第二接收部分相等。
5、在示例中，被配置成利用所接收的光束的部件是光束位置感测检测器。在一些示例中，光束位置感测检测器是象限跟踪检测器。这可以允许跟踪入射光束的空间位置，这可以提高终端在接收入射光束时的性能。可能难以将光束位置感测检测器集成到光纤线缆中。因此，在第一分路集成在光纤中的情况下，将接收的光也提供给第二分路以允许难以集成到光纤线缆中的部件利用接收的光可能是有用的。
6、在示例中，第一分路还包括光环行器，发射器被配置成寻址光环行器的第一端口，偏振分离器被配置成寻址光环行器的第二端口，并且接收器被配置成寻址光环行器的第三端口。在使用中，由第一分路接收的光被光环行器引导至光学检测器；并且由光源产生的光被光环行器引导至偏振分离器。以这种方式，接收器可以与发射器光学隔离，这可以允许它们同时使用，这可以通过例如提高终端的数据通信速率来提高性能。在进一步的示例中，光环行器是光纤环行器，并且光源和检测器通过光纤耦合至光纤环行器的它们各自的端口，从而允许第一分路被高度光纤集成，这可以进一步减小终端的尺寸和重量。
7、在示例中，偏振分离器是偏振分束器。在示例中，接收器是光学检测器。在示例中，发射器是光学激光源，例如光纤内激光源。
8、在示例中，四分之一波片可旋转地安装，使得四分之一波片的快轴的旋转对准可以改变。在示例中，法拉第旋转器是可控的，以改变第一部分与第二部分之间的光比率。这可以通过允许根据每个分路的要求动态地分配入射光来提高终端的性能。在一些示例中，法拉第旋转器包括电磁元件，其中，由电磁元件施加的磁场的强度可以改变，使得由法拉第旋转器对入射光施加的旋转被改变。这可以允许通过法拉第旋转器的电控制来修改第一部分与第二部分之间的光比率。在一些示例中，四分之一波片的快轴保持在相对于法拉第旋转器的输出偏振的固定的旋转位移处。这可以允许终端的输出偏振在第一部分与第二部分之间的接收光的比率变化时而保持恒定，这可以进一步提高终端的性能和灵活性。
9、在一些示例中，第一端口与第二端口之间的接收光的比率根据链路建立的阶段而变化。例如，在采集阶段，第一部分接收的光比第二部分接收的光少，而在数据传送阶段，第一部分接收的光与第二部分接收的光相等或者比第二部分接收的光更多。
10、在一些示例中，四分之一波片的快轴与法拉第旋转器的输出(所旋转的发射的线性偏振光束)的偏振方向成±45度对准。这可以允许四分之一波片在法拉第旋转器变化以改变第一分路与第二分路之间的分离比率时产生圆偏振光作为发射光束。在法拉第旋转器包括电磁体的示例中，四分之一波片的位置可以根据由电磁元件施加的磁场的强度来配置，该磁场定义法拉第旋转器的输出偏振。
11、在一些示例中，自由空间光通信终端还包括光束转向装置，光束转向装置被配置成修改通过终端的光束路径。在一些示例中，光束位置感测检测器被配置成提供转向信息，并且光束转向装置被配置成使用转向信息来修改通过终端的光束路径。这可以通过执行更准确的光束转向来提高终端在接收入射光束时的性能。在进一步的示例中，光束转向包括第一分路中的精细光束转向。这可以允许将光束精细地转向至接收器中，这可以进一步提高终端在接收入射光束时的性能。
12、根据本专利技术的第二方面，提供了一种自由空间光通信系统，其包括多个根据上述示例的自由空间光通信终端。根据上述示例的这样的多个自由空间光通信终端可以形成通信网络的节点。在这样的网络中，所有节点可以是相同的，这可以允许网络被直接改变大小。
13、根据本专利技术的第三方面，提供了一种运载工具，其包括根据第一方面或第二方面的自由空间光通信终端。在一些示例中，运载工具是飞行器和/或航天器。当应用于诸如飞行器和/或航天器(如无人机或卫星)的运载工具时，尺寸、重量和功率要求本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自由空间光通信终端，沿着其主轴包括：
2.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片、所述法拉第旋转器和所述偏振分离器被配置成使得所述输出偏振是圆形的。
3.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片、所述法拉第旋转器和所述偏振分离器被配置成使得所述第一接收部分与所述第二接收部分相等。
4.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，被配置成利用所述接收光束的部件是光束位置感测检测器。
5.根据权利要求4所述的自由空间光通信终端，其中，所述光束位置感测检测器是象限跟踪检测器。
6.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述第一分路还包括光环行器，
7.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述偏振分离器是偏振分束器。
8.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述接收器是光学检测器。
9.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述发射器是光学激光源。
11.根据权利要求10所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片被能够旋转地安装，使得所述快轴对准能够改变。
12.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述法拉第旋转器能够被控制以改变所述第一部分与所述第二部分之间的光比率。
13.根据权利要求12所述的自由空间光通信终端，其中，所述法拉第旋转器包括电磁元件，其中，由所述电磁元件施加的磁场的强度能够改变，使得由所述法拉第旋转器对入射光施加的旋转被改变。
14.根据从属于权利要求10时的权利要求12或13所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片的快轴保持在相对于所述法拉第旋转器的输出偏振的固定的旋转位移处。
15.根据权利要求14所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片的快轴被对准成与所述法拉第旋转器的输出偏振成45度。
16.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，还包括光束转向装置，所述光束转向装置被配置成修改通过所述终端的光束路径。
17.根据从属于权利要求4时的权利要求16所述的自由空间光通信终端，其中，所述光束位置感测检测器被配置成提供转向信息，所述光束转向装置被配置成使用所述转向信息修改通过所述终端的光束路径。
18.一种自由空间光通信系统，其包括多个根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端。
19.一种运载工具，其包括根据权利要求1至17中任一项所述的自由空间光通信终端或者根据权利要求18所述的自由空间光通信系统的自由空间光通信终端。
20.根据权利要求19所述的运载工具，其中，所述运载工具是飞行器和/或航天器。
21.一种用于自由空间光通信的方法，所述方法用于与终端一起使用，所述终端包括：四分之一波片；法拉第旋转器；偏振分离器；包括接收器和发射器的第一分路；以及包括被配置成利用接收光束的部件的第二分路；所述方法包括：
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第三偏振是圆偏振。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中，所述第四偏振是圆偏振。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其中，所述第五偏振和所述第六偏振是线性偏振。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：使用所述四分之一波片变换所述输入光束，并使用所述法拉第旋转器旋转所述输入光束，以改变在所述第一分路与所述第二分路之间分离的输入光束比率。
...【技术特征摘要】
1.一种自由空间光通信终端，沿着其主轴包括：
2.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片、所述法拉第旋转器和所述偏振分离器被配置成使得所述输出偏振是圆形的。
3.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片、所述法拉第旋转器和所述偏振分离器被配置成使得所述第一接收部分与所述第二接收部分相等。
4.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，被配置成利用所述接收光束的部件是光束位置感测检测器。
5.根据权利要求4所述的自由空间光通信终端，其中，所述光束位置感测检测器是象限跟踪检测器。
6.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述第一分路还包括光环行器，
7.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述偏振分离器是偏振分束器。
8.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述接收器是光学检测器。
9.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述发射器是光学激光源。
10.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片被配置成使得所述四分之一波片的快轴的旋转对准能够改变。
11.根据权利要求10所述的自由空间光通信终端，其中，所述四分之一波片被能够旋转地安装，使得所述快轴对准能够改变。
12.根据任一前述权利要求所述的自由空间光通信终端，其中，所述法拉第旋转器能够被控制以改变所述第一部分与所述第二部分之间的光比率。
13.根据权利要求12所述的自由空间光通信终端，其中，所述法拉第旋转器包括电磁元件，其中，由所述电磁元件施加的磁场的强度能够改变，使得由所述法拉第旋转器对入射光施加的旋转被改变。
14.根据从属于权利要求10时的权利要求12或...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里桑托·昆塔纳桑切斯，加文·埃里，约安·图厄，
申请(专利权)人：空中客车简化股份公司，
类型：发明
国别省市：
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