[发明专利]一种基于自适应光学技术提高空间相干光通信质量的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自适应光学(Adaptive Optics，简称AO)技术提高空间相干光通信质量的装置，它可通过AO系统的实时波前校正，减小进入相干接收模块的信号光的空间波前误差，从而提高空间相干光通信系统的通信质量。

背景技术

与传统的微波通信相比，用激光作为信息载体的空间激光通信频率高，空间和时间相干性好，发射波束窄，因此具有码率高、通信容量大、天线尺寸小、功耗低、体积小和保密性高等优点，是解决微波通信瓶颈，构建天基宽带网，实现全球高速、实时通信的有效手段，具有很大的民用和军事应用潜力。

空间激光通信按接收方式可分为非相干通信和相干通信两种。但是，不论从实际的工程实现情况还是从理论的分析结果均可看出，采用强度调制/直接探测(IM/DD)的非相干通信体制对抗背景光干扰性能弱，在真正的自由空间环境下无法达到或接近探测灵敏度极限，不足以充分获得激光载波所带来的宽带优势。

而相干通信体制采用本振激光与经过大气湍流的信号激光进行干涉混频，然后再提取数据信息(如图1所示)。该方式带来的最大优点是不受热噪声的限制，能达到或接近散粒噪声极限的接收灵敏度。同时由于采用相干接收机制，使得系统具有非常强的抗背景噪声干扰性能。这些特点使得空间相干通信特别适合于传输码率在数个或数十个Gbps、传输距离在数万千米的空间激光通信。

作为空间光通信发展的关键，大气通信链路的建立是必不可少的一环，它是连接卫星光网络和地面光网络的纽带，是实现全球天地一体光网络的关键技术之一。不幸的是，激光信号在大气中传输时不仅会发生信号的衰减，而且大气湍流引起的折射率随机起伏将导致传输激光强度、相位和传输方向的随机波动，这些效应将使传输激光的相干性退化，严重降低光束的传输质量。

抑制大气湍流影响的办法有多种，现有的解决方案在提高通信质量的同时，存在着各自的问题：大功率发射方案的功率受限；大孔径接收方案的尺寸受限；非相干多孔径发射方案的等效发射口径有限，且不太适用于相干调制的通信体制。

自适应光学技术是为解决大气湍流问题而产生和发展起来的一门学科，目前已经成为天文成像领域必不可少的关键技术。自适应光学系统通常包括波前探测器、波前校正器和波前控制器等部分。自适应光学系统的工作原理是：通过波前传感器对动态光学波前像差进行实时精确的探测，然后进行控制运算得到波前校正器的控制电压，完成对所探测波前误差的闭环补偿，从而抑制大气湍流等随机波前像差效应对各种光学成像系统和激光传输系统的影响。