[发明专利]相干激光通信与激光雷达一体化装置

说明书

一种相干激光通信与激光雷达一体化装置，其构成包括第一单频激光器、电光调制器、激光放大器、收发望远镜、第二单频激光器、开关切换器、光学复数化器、码型发生器、数据存储器、信号采集处理器和宽带放大器。本发明可实现激光通信、激光雷达探测双功能，装置具有全天候工作的能力、抑制背景光干扰、成像灵敏度高、结构简单、易于集成和小型化的特点，可同时实现目标的高精度相干激光雷达数据获取和实时传输通信，特别适用于远距离目标的信息探测和实时信号传输。

技术领域

本发明涉及激光通信与激光雷达，特别是一种相干激光通信与激光雷达的一体化装置。

背景技术

在相干体制中，需要传输的数据信息可以调制在光波的频率、相位、偏振或幅度的其中一种或几种上，因此除引入本振光与接收信号进行干涉外，不同通信方式的具体的结构各不相同，一种典型的相移键控(PSK)调制如文献[参见文献1：HO K-P.Phase-modulatedoptical communication systems[M].New York:Springer ScienceBusiness Media,2005.]。相干探测方式一方面通过引入较强的本振光场提高干涉后的信号强度，使探测达到散粒受限(shot-noise limited)状态，而强度直接探测方式经常受到APD雪崩噪声、背景光噪声以及其他的电路热噪声等影响，接收灵敏度相对于相干方式下降了10-20dB，另一方面采用相位调制方式，如BPSK的调制方式与强度直接探测方式相比至少有6dB的灵敏度优势[参见文献2：KIKUCHI K.Fundamentals of coherent optical fiber communications[J].J Lightwave Technol,2016,34(1):157-79.].

在通信体制上，文献[参见文献3：NIU M B,CHENG J,HOLZMAN J F.Error rateperformance comparison of coherent and subcarrier intensity modulated opticalwireless communications[J].J Opt Commun Netw,2013,5(6):554-564.]分析结果表明采用本振光相干探测方式的无线光通信(OWC)系统相比子载波强度调制(SIM)高出24-30dB。一些一种新的调制方式像光的轨道角动量(OAM)也在光通信中被应用[参见文献4：SUT H,SCOTT R P,DJORDJEVIC S S,et al.Demonstration of free space coherentoptical communication using integrated silicon photonic orbital angularmomentum devices[J].Opt Express,2012,20(9):9396-9402.]。Neda等采用将微波输出的OFDM信号直接光强调制到1550nm光载波上的方式取得了自由空间中10Gbps的传输速率，测量得到的灵敏度比OOK提高了3dB[参见文献5：CVIJETIC N,DAYOU Q,TING W.10Gb/s free-space optical transmission using OFDM[C].OFC/NFOEC 2008Optical FiberCommunication Conference/National Fiber Optic Engineers Conference,2008,1847-1849.]。Ezra等人采用QPSK调制，接收端本振光外差接收的方式在波段实现了自由空间通信，其灵敏度比一般的OOK方式提高了10dB以上[参见文献6：IP E,BUCHTER D,LANGROCK C,et al.QPSK transmission over free-space link at 3.8mu m using coherentdetection with wavelength conversion[C].34th European Conference on OpticalCommuication,2008,1-2.]。