[发明专利]电控相移晶体双折射自由空间光桥接器

说明书

技术领域

本发明涉及自由空间激光通信，特别是一种电控相移晶体双折射自由空间光桥接器，主要用于在相干光通信接收机中空间复合激光通信信号光束和本机振荡激光光束并产生90度相移四通道合成光束，实现空间2×4桥接。

背景技术

用于卫星之间或者卫星和地面站之间自由空间激光通信的星载激光通信终端需要实现小型化、轻量化、低功耗和高码率。激光通信体制有两种：一种是非相干激光通信体制，光学发射端采用光强调制，光学接收端采用直接探测；另外一种是相干激光通信体制，光学发射端采用相位调制，光学接收端采用零差接收。由于相干光通信的接收机灵敏度比非相干光通信的灵敏度高一个量级以上，相干光通信体制是提高数据传输速率和降低体积、质量和功耗的关键，远距离高码率的空间激光通信主要采用相干光通信体制。

一个相干光零差通信通道的接收端由本机激光振荡器，光电子接收、锁相环路、光学桥接器以及信号光接收光路所组成。光学桥接器将信号激光和本振激光链接到光电接收机，是相干光通信系统中的系统关键器件之一，相干通信系统的接收性能取决于桥接器的性能。光桥接器主要功能是在空间精确合成信号激光波前和本振激光波前，以产生两者的差频。在性能上光学桥接器分为90度相移两通道输出，180度相移两通道输出和90度相移四通道输出等结构，180度相移2×2桥接器可用于平衡锁相环路接收机，90度相移2×2桥接器可用于科斯塔斯锁相环路接收机，90度相移2×4桥接器可用于平衡接收和科斯塔斯锁相环路相结合的接收机。

在卫星激光通信终端中，所接收的光信号不仅要用于探测通信信息而且也要用于探测对方终端的空间位置，即利用光电位置探测器测量光信号对于接收望远镜的离轴量，这种位置变化信号用于光学精密跟踪的目的。因此，光桥接器必须是自由空间传播方式的。

在光纤通信系统利用的光学桥接器采用波导和光纤器件原理实现，这些器件不属于自由空间光学，不适合于卫星自由空间激光通信系统应用。在卫星激光通信终端中，已经发展了一种2×4输入输出的块状光学桥接器[参见R.Garreis，C.Zeiss，＂90°optical hybrid for coherent receivers，＂Proc.SPIE，Vol.1522，pp.210-219，1991；M.Bopp，G.Huther，Th.Spatscheck，H.Specker，Th.Wiesmann，“BPSK homodyne andDPSK heterodyne receivers for free-space communication with Nd：Host Lasers”，Proc.SPIE，Vol.1522，pp.199-209，1991和R.Lange and B.Smutny，“Optical inter-satellitelinkd based on homodyne BSPK modulation：heritage，status and outlook”，Proc.SPIE，Vol.5712，pp.1-12，2005.]，可以同时实现相差90度的两组180度相移的输出。该光学桥接器的180度相移基于偏振光干涉原理，而90度相移采用波片延迟，但整个光学系统需要保证光束的严格等光程传输，类似于白光干涉条件。因此，该桥接器的光学质量和装配要求非常严格，稳定性较差，而且元件很多(13块)，插入损耗较大。

发明内容

本发明的目的是要提供一种电控相移晶体双折射自由空间光桥接器，该光桥接器具有结构简单紧凑，性能稳定可靠，损耗小等优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种电控相移晶体双折射自由空间光桥接器，其特点是由四块相同结构的晶体双折射光学平板、一块检偏晶体双折射平板和一个电控相移2×2阵列组成，沿光的行进方向依次是：叠放的第一晶体双折射光学平板和第二晶体双折射光学平板，电控相移2×2阵列，叠放的第三晶体双折射光学平板和第四晶体双折射光学平板和检偏晶体双折射平板，所述的第一晶体双折射光学平板和第二晶体双折射光学平板按光轴取向相反和水平靠拢的方式叠放，所述的第三晶体双折射光学平板和第四晶体双折射光学平板按光轴取向相反和竖直叠放的方式叠放，即所述的第三晶体双折射光学平板和第四晶体双折射光学平板的主截面垂直于所述的第一晶体双折射光学平板和第二晶体双折射光学平板的主截面，所述的检偏晶体双折射平板的主截面与第三晶体双折射光学平板和第四晶体双折射光学平板的主截面成45度放置，构成2×4光桥接器。