[发明专利]一种无位置探测器光轴稳定的空间光与光纤光耦合装置及方法

说明书

本发明提供了一种无需位置探测器实现光轴稳定的空间光与光纤光高效率耦合装置及方法，其基本思想在于：首先根据理论耦合效率模型拟合计算出模型参数，其次依据光纤章动的原理，采用四点跟踪算法计算出光纤章动轨迹，最后利用章动轨迹计算中心点位置偏差，通过修正位置偏差保证光轴稳定，始终具有较高的耦合效率。用于空间相干激光通信DPSK链路中无位置探测器的光轴稳定和高效率耦合，是空间激光通信远距离高码率传输的关键技术，对星间光通信发展具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及无需位置探测器实现光轴稳定的空间光与光纤光高效率耦合的方法，能实现具有自动跟踪功能的空间光与光纤光始终具有较高的耦合效率，是高码率，小型化，轻量化和低功耗远距离空间相干激光通信的一个关键技术。

背景技术

激光束作为信息载体的自由空间激光通信频率高，空间和时间相干性好，发射波束窄，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。

空间相干激光通信是自由空间远距离通信实现Gbit/s以上数据传输速率的唯一技术手段。基于自差和外差探测方式的相干激光通信具有较高的探测灵敏度，是实现高码率，小型化，轻量化和低功耗远距离激光通信终端的关键体制。对于相干激光通信自差探测方式需要将空间激光耦合进单模光纤。因此如何使空间激光与单模光纤耦合、空间激光和空间激光耦合始终具有较高的耦合效率，是高码率，小型化，轻量化和低功耗远距离空间相干激光通信的一个关键技术。

相干激光通信DPSK链路中空间激光与光纤光实现无位置探测器光轴稳定的方法，有效的提高了空间激光耦合效率，是对高码率空间激光相干通信技术的新探索，对我国星地通信终端研制有重要意义。现有方案参阅文献(1)，Morio Toyoshima “Maximum fibercoupling efficiency and optimum beam size in the presence of random angularjitter for free-space laser systems and their applications，”J.Opt.Soc.Am.A，2006，23(9)，(2)高建秋，孙建锋，李佳蔚，朱韧，侯培培，陈卫标，基于激光章动的空间光到单模光纤的耦合方法。《中国激光》2016,43(8)

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需位置探测器实现光轴稳定的空间光与光纤光高效率耦合的装置及方法，可以实现系统自动跟踪功能。基本思想是首先通过模场匹配，拟合计算出耦合效率模型参数，其次依据光纤章动的原理，采用四点跟踪算法计算出光纤章动轨迹，最后利用章动轨迹计算中心点位置偏差，通过修正位置偏差保证光轴稳定，始终具有较高的耦合效率。本发明的技术解决方案如下：

一种无位置探测器光轴稳定的空间光与光纤光耦合方法，应用于包含有光纤耦合器和二维快速扫描振镜的装置，其特征在于，至少包括以下步骤：

步骤S002：光纤耦合器在放大的正交正弦信号作用下做章动，二维快速扫描振镜恒压下，在x和y方向偏转到两个预设位置，分别采集各个位置的输出耦合光功率，根据光功率获得章动圆周上的x轴和y轴轨迹；

步骤S003：光纤耦合器在放大的正交正弦信号作用下做章动，每隔预设章动周期，采集一个光功率信号，根据采集的光功率信号及其对应的坐标值获取位置误差信号；

步骤S004：根据位置误差信号调节光路，获得稳定的光轴。

优选地，所述步骤S002之前还包括，

步骤S001：获取耦合模型参数；

所述步骤S001至少包含以下步骤：

S001a：二维快速扫描振镜保持y方向不动，x方向做三角波扫描，采集光纤耦合器的光功率信号；二维快速扫描振镜保持x方向不动，y方向做三角波扫描，采集光纤耦合器的光功率信号；