[发明专利]一种环境自适应“激光鞘”辅助激光通信装置及方法

权利要求书

1.一种环境自适应“激光鞘”辅助激光通信装置，其特征在于：包括由激光通信发射机(9)、第三凸透镜(10)、第四凸透镜(11)依次顺序设置组成的信号光路，以及由超短脉冲激光器(1)、第一凸透镜(2)、第二凸透镜(3)、光阑(4)、起偏器(5)、分束镜(6)、波前相位调制器(7)依次顺序设置组成的超短脉冲光路，其中波前相位调制器(7)设置在分束镜(6)的透射光路上；

包括可变倍数扩束镜(8)、二向色镜(12)、变焦透镜模块(13)、滤光片(14)、激光通信接收机(15)，依次设置在分束镜(6)的反射光路上；分束镜(6)反射的超短脉冲光经过可变倍数扩束镜(8)后进入二向色镜(12)，由二向色镜(12)将信号光路和超短脉冲光路共轴合束，合束光经变焦透镜模块(13)聚焦后，超短脉冲光在大气湍流位置处产生“激光鞘”辅助信号光通过，仅信号光经过所述滤光片(14)由激光通信接收机(15)接收信号光；

包括计算机(16)，与超短脉冲激光器(1)、波前相位调制器(7)、可变倍数扩束镜(8)、变焦透镜模块(13)、激光通信接收机(15)无线连接，计算机(16)根据接收信号功率对可变倍数扩束镜(8)的扩束倍数、变焦透镜模块(13)的焦距、超短脉冲激光器(1)的压缩光栅对间距、波前相位调制器(7)内的相息图进行顺序控制，实现“激光鞘”空间分布优化，以达到在给定时间内最高信号光功率输出的目的。

2.根据权利要求1所述的环境自适应“激光鞘”辅助激光通信装置，其特征在于：所述变焦透镜模块(13)的响应频率1MHz、变焦范围为10m到10km；所述超短脉冲激光器(1)输出峰值功率达太瓦级或以上，脉宽小于50ps，重复频率大于50Hz；所述波前相位调制器(7)刷新频率达到1kHz或以上，相面为1920×1080的矩形像素域，且其中需计算机(16)优化相息图的区域为相面中心处1164×655的矩形域以外的区域。

3.根据权利要求1所述的环境自适应“激光鞘”辅助激光通信装置，其特征在于：第一凸透镜(2)、第二凸透镜(3)对超短脉冲光扩束的光斑直径等于或略大于光阑(4)孔径。

4.根据权利要求1所述的环境自适应“激光鞘”辅助激光通信装置，其特征在于：变焦透镜模块(13)前脉冲光光斑直径与信号光光斑直径之比大于4。

5.一种环境自适应“激光鞘”辅助激光通信方法，通过权利要求1-4任一项所述的装置实现，其特征在于包括以下步骤：

1)打开超短脉冲激光器(1)，调整第一凸透镜(2)、第二凸透镜(3)对超短脉冲光扩束，使其光斑直径等于或略大于光阑(4)孔径，以匹配波前相位调制器(7)；

2)控制计算机(16)加载相息图，通过调整起偏器(5)使输入光偏振方向与调制器内液晶方向相同，以达到最佳调制效果，调整后，卸载该相息图；

3)调整可变倍数扩束镜(8)实现对调制后脉冲光的扩束，调整第三凸透镜(10)，第四凸透镜(11)实现对信号光光斑的控制，以使得在二向色镜(12)和变焦透镜模块(13)之间的合束光共轴，且变焦透镜模块(13)前脉冲光光斑直径与信号光光斑直径之比大于4；

4)根据通信链路环境预估期望成丝位置，并通过调整可变倍数扩束镜(8)的扩束倍数和变焦透镜模块(13)的等效焦距，实现脉冲光在期望位置处产生“激光鞘”辅助激光通信；

5)建立通信链路后，由激光通信接收机(15)接收信号光并将信号功率值反馈给计算机(16)，实现环境自适应“激光鞘”辅助激光通信。

6.根据权利要求5所述的环境自适应“激光鞘”辅助激光通信方法，其特征在于：步骤5)中，计算机(16)进行以下顺序控制，

第一步，控制可变倍数扩束镜(8)的扩束倍数和变焦透镜模块(13)的等效焦距以优化“激光鞘”位置和长度；

第二步，控制超短脉冲激光器(1)中脉冲压缩光栅对间距以调谐初始啁啾量补偿群速度色散，并实现“激光鞘”位置、长度和空间分布的进一步优化；

第三步，在给定时间限制内，计算机(16)使用快速收敛算法计算相息图对超短脉冲光进行波前相位调制，主要实现“激光鞘”空间分布的进一步优化；

以上三步为一个优化周期，若某一时刻，接收信号功率相比优化前降低5％，则进入下一个优化周期，以此实时优化“激光鞘”参数实现环境自适应功能。