[发明专利]基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法

说明书

技术领域

本发明属于空间激光通信领域。具体的说，涉及到空间激光通信的光学去噪方法、发射终端以及接收终端。

背景技术

自由空间激光通信由于具有方向性好、通信容量大、体积和功耗小等优点已成为无线通信领域的重要研究课题。由于受到日光、月光、星光等背景噪声光的影响，通信接收终端探测信号中夹杂着很强的背景光噪声。这将增大通信的误码率，降低通信质量。现有技术中常采用光学滤波的方法消除背景光噪声的影响，即只允许通信光波长范围内的光信号进入接收终端的光电探测系统。目前，工程中常见的光学滤波器件有滤光片、干涉滤波器和双折射滤波器等。

滤光片是一种光学镜片，在通信波段具有很高的透过率，但对于其它波段的透过率较低。干涉滤波器常用Fabry-Perot干涉仪作为滤波结构，利用多光束干涉的原理滤除背景噪声。双折射滤波器主要是利用偏光干涉原理进行滤波的，按照结构的不同可以分为Lyot-Ohman滤波器和Solc滤波器。

以上三种光学滤波方法虽然在一定程度上可以滤除与通信波段波长不同的背景光噪声，但对于波长与滤波器中心波长相同的背景光却无法滤除。另外，光学滤波器的透射带宽越窄，光波透过率越小，这不利于长距离传输、强背景噪声下自由空间通信光信号的检测。

发明内容

本发明的目的在于克服上述光学去噪方法的不足，提供一种基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法、发射终端以及接收终端。

本发明是这样实现的：

1.技术原理

光是一种电磁波。通信用光波一般具有相干性好、偏振度高的特点；而自由空间中的背景光具有相干性差的特点，其偏振度一般为0。另外，光波在自由空间中传输时，偏振态几乎不发生变化。

因此，对于自由空间激光通信，在通信发射终端控制出射光的偏振态，使其具有特定的偏振态特征，例如左旋圆偏振态或右旋圆偏振态。这样，到达通信接收终端的通信光将具有不同于背景噪声光的偏振标记特征，这样就可以通过对偏振识别的方法从强背景噪声中检测出通信光信号。

偏振识别过程可以通过偏振分束和差分检测的方式实现。具体的说首先将具有特定偏振标记特征的信号光通过四分之一波片转换为线偏振标记信号光，然后利用偏振分束器件将通信接收终端的接收光分为两束。线偏振标记的通信光只存在于其中一束当中，该束光可以表示为（信号光+背景噪声光/2），其光强I_A可以表示为：

式中I_信号光和I_{背景噪声光}分别为信号光和背景噪声光的光强。

与此同时，另一束光中不包含通信信号，光强I_B可以表示为：

这样通过利用差分检测的方法对两束光相减，得到的光强I为：

从而去除了信号中的背景光噪声。

2.技术方案

一种基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】产生通信光信号；

2】将步骤1】产生的通信光信号的偏振状态转换为线偏振，使得通信光信号具有线偏振特征；

3】将步骤2】产生的具有线偏振特征的通信光信号转换为具有圆偏振特征的通信光信号；

4】将具有圆偏振特征的通信光信号发射到自由空间信道中；

5】具有圆偏振特征的通信光信号在自由空间信道中传输；

6】接收具有圆偏振特征的通信光信号；

7】将接收的具有圆偏振特征的通信光信号转换为线偏振特征的通信光信号；

8】将线偏振特征的通信光信号分离为偏振方向正交的两束光，其中一束光包含通信光信号和背景噪声光，另一束只包含背景噪声光，且两束光中背景噪声光的光强相等；

9】对步骤8】分离得到的两束光分别进行光电转换，并对转换得到的电信号进行差分运算，差分得到的电信号中背景光噪声被滤除。

优选的，上述步骤3】中将具有线偏振特征的通信光信号转换为具有圆偏振特征的通信光信号，是通过在具有线偏振特征的通信光信号后接入发射终端四分之一波片，并使发射终端四分之一波片本征轴方向与线偏振方向夹角为45°来实现的。

优选的，上述步骤7】将接收的具有圆偏振特征的通信光信号转换为线偏振特征的通信光信号，是通过在有圆偏振特征的通信光信号后面接入接收终端四分之一波片实现的。