[发明专利]自由空间光学(FSO)系统

说明书

一种检测器配置具有用于检测所接收的光学信号的多个传感器，该检测器配置用于在自由空间光学(FSO)节点中使用，自由空间光学(FSO)节点用于传送和/或接收光学信号。系统可以被配置为修改或改变多个传感器处的光，以优化不同的系统功能。

优先权

本申请要求于2015年8月21日提交的美国申请号62/208,561、于2015年8月21日提交的美国申请号62/208,565和于2016年6月10日提交的美国申请号62/348,342的优先权，其各自通过引用整体并入本申请中。

背景技术

在双节点双向自由空间光学(FSO)通信系统中，两个FSO节点交换在光学载波光束上编码的数据，跨两个节点之间的无障碍视线(LOS)发送该光学载波光束。如图1所示，图示了传统的双节点双向系统。如图所示，第一节点2和第二节点3通过传送和接收信号6、7进行通信，在节点之间发送信号6、7。在任何问题中，可以在信号上编码数据；为了简单起见，图示了二元开-关示例性信号。每个节点具有用于传送期望信号6、7的光学输出4，并且还具有用于接收传送信号的光学输入5。一旦接收，节点的内部电子器件就可以解码信号并获得传送数据。

仅在第一节点的传送路径与第二节点的接收部件对准时，通信系统工作。为了优化跟踪，传统系统将接收到的光束分成两个路径：一个路径用于检测，并且一个路径用于对准。如图1所示，示例性系统使用分束器、以及作为对准传感器和作为检测器(处理)传感器的分离的检测器。产生的系统是复杂的，因为它需要分束和多个路径来执行每个功能(例如对准和检测)。误差也通过多个路径之间的未对准和/或漂移引入到系统中。

发明内容

描述了自由空间光学节点，该自由空间光学节点包括使用衍射光学元件以减小基于光束的大气闪烁的对准响应。在示例性实施例中，衍射光学元件可以被配置为在焦平面处产生两个同心或重叠的镜像。在示例性实施例中，衍射光学元件可以被配置成通过跨光束平滑其强度轮廓来对光束进行成形。

示例性实施例包括具有光纤的自由空间光学节点，该光纤耦合到接收电子器件和传送电子器件，其中传送/接收器光纤的终端端部位于焦平面处，并且差分波前传感器位于第二平面处。第一平面可以与第二平面相同或不同。自由空间光学节点还可以包括被配置为创建散焦图像的前部光学器件。在示例性实施例中，散焦图像包括在第二平面处的至少两个重叠图像。在示例性实施例中，两个重叠图像是镜像对立物。

示例性实施例包括自由空间光学终端，其具有：波前传感器，其包括在波前传感器的中心区域中的自由空间，波前传感器的有源表面限定平面；光纤，其具有位于该平面中并与波前传感器的自由空间对准的终端端部；以及定位在波前传感器之前的前部光学器件，以将光引导穿过前部光学器件、将穿过前部光学器件的基本上所有光引导到波前传感器的有源区域、光纤的有源区域及其组合上。示例性实施例具有其他光学器件来代替用于处理通信光束的接收和/或传送的光纤。

附图说明

图1图示了示例性现有技术自由空间光学系统。

图2图示了根据本文描述的实施例的示例性FSO节点，其中为了说明而示出了其系统部件的一部分。

图3图示了根据本文描述的实施例的传感器配置的示例性前视图。

图4图示了根据本文描述的实施例的示例性部分FSO系统。

图5图示了如本文描述的示例性系统部件上的光传播的夸大表示。

图6A图示了根据本文描述的实施例的透镜配置内的示例性透镜。图6B图示了通过图6A的透镜的示例性光路径。图6C图示了如本文描述的在焦平面处观察到的所生成的图像。

图7A和图7B图示了焦平面内部的图像平面和焦平面外部的图像平面上的光的示例性图像。图7C图示了净零焦平面处的示例性光结构，该净零焦平面使图7A和图7B中所示的瞳孔结构无效。