[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

说明书

技术领域

本发明涉及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，属于光学工程技术领域。在自由空间激光通信领域有着重要的应用前景。

背景技术

自适应光学技术可用于改善成像光学系统的成像分辨率及激光传输系统的光束质量，在天文观测、激光大气传输、无线激光通信等系统中都得到了成功应用。传统的自适应光学系统，通常由波前传感器、波前控制器及波前校正器组成，利用波前传感器探测波前斜率或曲率信息，波前控制器根据探测到的波前信息经由一定的算法复原出整体波前，并依据复原波前，控制诸如变形镜、倾斜镜等波前校正器对畸变波前进行实时的相位补偿。2014年，中国科学院光电技术研究所的刘超等人通过仿真分析了传统自适应光学校正对相干光通信性能的改善情况，证明了自适应光学技术提升相干光通信系统性能的可行性及重要性(Chao Liu,et al.,“Performance evaluation of adaptive optics for atmospheric coherent laser communications,”Opt.Express 22(13),15554(2014))。

随着光纤激光相控阵技术的发展，将基于光纤相控阵的自适应光学系统应用于自由空间激光通信技术中，实现低误码率、高通信质量成为可能。光纤激光相控阵技术与传统自适应光学技术相比，具有结构紧凑、体积小、重量轻、扩展性强、维护性好等优点。在实现基于光纤激光相控阵的自适应光学激光通信系统的过程中，会受到大气湍流扰动、光纤阵列光程失配等因素的影响，需要解决子孔径处倾斜像差的抑制问题以提高光纤耦合效率、子孔径间活塞像差的控制问题以提高相干合束效率及混频效率。以下研究成果为向自由空间激光通信技术中引入基于光纤激光相控阵的自适应光学系统奠定了技术基础：在2005年和2010年，美国陆军研究实验室的L.Beresnev等人(L.Beresnev and M.Vorontsov,“Design of adaptive fiber optics collimator for free-space communication laser transceiver,”Proc.SPIE 5895,58950R(2005))和中国科学院光电技术研究所的张小军等人(国防专利号：201010049753.3和201010050857.6)分别独立研制了一种叫做自适应光纤准直器(Adaptive fiber-optics collimator，AFOC)的器件，该器件可以在小角度范围内自适应地精确控制出射准直光束的偏转角度；同时，他们还搭建了基于自适应光纤准直器阵列的光纤激光发射系统。2013年，耿超等人提出了名称为“一种激光束双向收发的自适应光纤耦合或准直器控制系统”(申请号201310161222.7)的发明专利，并实现了空间激光到光纤的高效自适应耦合(W.Luo,C.Geng,et al.,“Experimental demonstration of single-mode fiber coupling using adaptive fiber coupler,”Chinese Physics B 23,014207(2014))。

本发明将光纤光学技术、自适应光学技术、相干合成技术以及空间光通信技术相结合，提出了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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服传统自适应光学技术应用于空间相干光通信系统的不足，克服大气湍流效应对光纤耦合效率的不利影响，克服光纤阵列光程失配对相干合束效率、混频效率和通信质量的影响，提出一种可自适应地优化光纤阵列的激光耦合效率、实时补偿光纤阵列光程失配以提高相干合束效率和混频效率，从而改善通信质量的自适应光纤阵列式激光收发系统。