[发明专利]一种用于空间相干光通信的自适应光纤阵列式激光收发系统

权利要求书

1.一种用于空间相干光通信的自适应光纤阵列式激光收发系统，其特征在于包括：自适应光纤耦合器(1)阵列、集成装置(2)、子单元光纤分路器(3)组、耦合能量光电探测器(4)组、多通道高压放大器(5)、多通道倾斜像差控制器(6)、N×1自适应光束合成模块(7)、三端口光纤环形器(8)、信号加载相位调制器(9)、信号发射激光器(10)、本振激光器(11)、本振光相位调制器(12)、混频器(13)、平衡探测器(14)、数字信号解调模块(15)、低通滤波器(16)和混频活塞像差控制器(17)；其中，N×1自适应光束合成模块(7)由合成相位调制器(7-1)、2×2端口3-dB光纤耦合器(7-2)、合成光电探测器(7-3)、合成活塞像差控制器(7-4)组成；作为通信接收端，受大气湍流影响产生了畸变的信号光波前被自适应光纤耦合器(1)阵列分割、耦合接收，由N×1自适应光束合成模块(7)实现相干合束，合束后的信号光与由本振激光器(11)发射并经过本振光相位调制器(12)的本振光在混频器(13)中实现光混频，随后接入平衡探测器(14)，平衡探测器(14)的输出电信号连接至数字信号解调模块(15)，通过设置门限判决的方法解调出数字信号作为输出数据；所述自适应光纤阵列式激光收发系统能够作为通信发射端，输入数据通过信号加载相位调制器(9)加载到信号发射激光器(10)发射的光波上，再根据光路的互惠性原理实现对发射信号光的波前预补偿；自适应光纤耦合器(1)阵列固定于集成装置(2)上，与子单元光纤分路器(3)组、耦合能量光电探测器(4)组、多通道高压放大器(5)和多通道倾斜像差控制器(6)构成倾斜像差控制子系统，探测并校正子孔径内的倾斜像差；N×1自适应光束合成模块(7)用于补偿三端口光纤环形器(8)前端光纤阵列间的活塞像差，其中，合成相位调制器(7-1)、2×2端口3-dB光纤耦合器(7-2)、合成光电探测器(7-3)和合成活塞像差控制器(7-4)构成相干合成子单元，探测并校正两个子光路间的相位失配；本振光相位调制器(12)、平衡探测器(14)、低通滤波器(16)和混频活塞像差控制器(17)构成混频活塞像差控制子系统，探测并校正三端口光纤环形器(8)后端光纤光路中信号光与本振光之间的相位失配。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间相干光通信的自适应光纤阵列式激光收发系统，其特征在于：所述多通道倾斜像差控制器(6)接收耦合能量光电探测器(4)组的电信号，采用优化控制算法产生输出控制电压，经多通道高压放大器(5)后作用于自适应光纤耦合器(1)阵列，校正子孔径内的倾斜像差，同时实现信号光至光纤的自适应最优效率耦合；所述合成活塞像差控制器(7-4)接收合成光电探测器(7-3)的电信号，采用优化控制算法产生输出控制电压，作用于合成相位调制器(7-1)，补偿相干合成子单元中两个子光路间的活塞像差；所述混频活塞像差控制器(17)接收低通滤波器(16)的电信号，采用优化控制算法产生输出控制电压，作用于本振光相位调制器(12)，实现光混频过程中信号光与本振光的最优效率混频。

3.根据权利要求1所述的一种用于空间相干光通信的自适应光纤阵列式激光收发系统，其特征在于：所述信号发射激光器(10)、本振激光器(11)为光纤激光器，或带尾纤输出的半导体激光器或固体激光器，且应为单模、窄线宽激光光源。

4.根据权利要求1所述的一种用于空间相干光通信的自适应光纤阵列式激光收发系统，其特征在于：所述合成相位调制器(7-1)、信号加载相位调制器(9)、本振光相位调制器(12)为铌酸锂相位调制器或压电陶瓷环光纤相位调制器。

5.根据权利要求1所述的一种用于空间相干光通信的自适应光纤阵列式激光收发系统，其特征在于：所述耦合能量光电探测器(4)、合成光电探测器(7-3)为光电二极管、光电三极管、雪崩光电二极管或光电倍增管，光电探测器的工作波长范围应覆盖信号激光束的光波长。

6.根据权利要求1所述的一种用于空间相干光通信的自适应光纤阵列式激光收发系统，其特征在于：所述集成装置(2)实现自适应光纤耦合器(1)阵列的密集排布，排布方式为三角形、方形、六角形、圆形或环形；同时，可通过增加自适应光纤耦合器(1)的数量来增大整体接收口径和发射口径。