[发明专利]自相位差分干涉光信号接收装置

说明书

技术领域

本发明涉及光信号解调，特别是一种自相位差分干涉光信号接收装置。

背景技术

在自由空间激光通信中，激光传输通过大气信道时受大气湍流等因素的影响，光束波面产生畸变，质量严重下降。激光信号接收需要克服大气湍流。目前采用的方法主要有减小接收口径、自适应光学波前校正、DPSK调制信号自差动接收等方法。本发明采用DPSK调制自差动接收，不需要加入本振信号，结构简单紧凑，易于实现，是未来激光通信中光接收信号的发展方向。

先前的技术研究[1](参见High-data-rate systems for space applications，Proc.SPIE，Vol.2381，38，1995)中所描述的星地激光通信中采用DPSK调制，接收机采用光纤放大和光纤型马赫曾德尔干涉仪解调平衡接收，灵敏度比开关键控(OOK)调制直接探测方法高3dB。但是经大气湍流扰动后的波面质量下降，光纤耦合效率较低，影响灵敏度，使DPSK调制方法抗扰动能力得不到充分的利用。

先前的技术研究[2](参见Adaptive optics and ESA′s optical ground station，Proc.SPIE，Vol.7464，746406，2009)中所描述的星地激光通信采用DPSK调制，其装置是马赫曾德尔干涉仪或者麦克尔逊干涉仪结构，工作中应保证两臂长之差的控制精度远远优于四分之一波长，约为0.2微米。但是这种结构缺少精密调整器件和锁相环，无法保证系统精度，也不能实时调整。同时没有平衡接收，无法去除直流分量。此外，在技术研究[2]中，用到两组4f透镜组，对波面引入较大的像差，技术实现上有难度，不利于降低通信信号的误码率。

先前的技术研究[3](相位补偿偏振分光2×4 90°自由空间光学桥接器，光学学报，Vol.29，3291～3294，2009)中所描述的自由空间桥接器，将本振光和信号光合成后，输出四束，其中两两组成同相通道和正交通道，平衡接收，并且需要同相通道和正交通道之间像差90度，产生锁相所需的误差信号，本发明改进了这点。在本发明中，信号光和延迟的信号光自身合成，实现平衡接收和锁相。

发明内容

本发明是针对自由空间激光通信中光接收端接收光信号而采取的方案，要解决的技术问题是克服已有的技术上的困难，提供一种自相位差分干涉光信号接收装置，该装置利用差分相移键控为机制来解调光信号。

本新型发明技术的解决方案这样实现的。

一种自相位差分干涉光信号接收装置，其特点在于其构成包括：

第一偏振分束器，该第一偏振分束器的第一偏振分束面与输入的圆偏振光的前进方向呈45°，该第一偏振分束器将所述的输入的圆偏振光分为偏振面相互垂直的反射光和透射光，沿所述的反射光方向经过第一透镜、第一反射镜、第二反射镜、第二透镜、位相精密控制器、第一四分之一波片、第二偏振分束器，入射到第二偏振分束器的偏振分束面上；所述的透射光经过第一偏振分束器、第一二分之一波片、第二偏振分束器，入射到第二偏振分束器的第二偏振分束面上；这两束光在经过第二偏振分束面产生水平支路光束和竖直支路光束，所述的竖直支路光束经第三二分之一波片后被第四偏振分束器的第四偏振分束面分为偏振面相互垂直的反射光和透射光，分别由第三光电探测器和第四光电探测器接收，所述的第三光电探测器和第四光电探测器的输出端与正交平衡电路的输入端相连；该正交平衡电路的输出端与乘法电路第二输入端相连；

所述的水平支路光束经第二二分之一波片和第三偏振分束器，被第三偏振分束器的第三偏振分束面分为偏振面相互垂直的反射光和透射光，分别由第一光电探测器和第二光电探测器接收，所述的第一光电探测器和第二光电探测器的输出端与同相平衡电路的输入端相连；该同相平衡电路的输出端分别与数据处理电路的输入端、所述的乘法电路第一输入端相连，所述的乘法电路的输出端经锁相电路(20)与精密相位调制器的控制端相连；

由所述的第一二分之一波片、第一四分之一波片、第二偏振分束器、第二二分之一波片、第三二分之一波片、第三偏振分束器和第四偏振分束器构成2×490°自由空间光学桥接器，所述的第一二分之一波片、第二二分之一波片、第三二分之一波片的光轴方向与入射光的偏振方向成22.5度，偏振光经过二分之一波片后，偏振方向旋转45度。