[发明专利]一种基于功率反馈的高效空间光-光纤耦合装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于功率反馈的高效空间光‑光纤耦合装置及方法，包括基座，基座中间通过压圈固定有透镜，基座通过若干弹簧和压电陶瓷连接有后基座，后基座在与透镜中心相对应的位置设置有通孔，所述通孔中穿有光纤的一端，光纤与透镜的中心在一条直线上，光纤的另一端连接有分束器，分束器处理后的单模光纤连接有信号处理单元，信号处理单元通过信号传输线连接有驱动电路，驱动电路通过信号传输线连接基座。实现光纤耦合端面中心位于对应透镜焦点中心的自动对准，且保持光纤与透镜光轴重合，提升空间光‑单模光纤耦合效率。对于中短距离的空间光‑单透镜‑单模光纤耦合工作环境，更加快速准确的对准，一定程度上节省劳动力和时间成本。

技术领域

本发明属于无线激光通信领域，尤其是涉及一种可以抑制大气湍流引起空间光-单透镜-单模光纤耦合效率下降的耦合装置及方法。

背景技术

自由空间光通信(FSO)利用在空间中传播的光传输数据，具有频带宽、速率高、协议透明和安全可靠等诸多特点，FSO已经成为星际通信、5G移动通信等高速信息传输的重要技术手段，在“空天地一体化”网络构建、微波光子融合通信等领域具有广泛的应用前景。然而，FSO技术在近地大气环境中应用面临严峻考验，其中，最大的问题是激光在传输过程中受到大气环境的影响，不仅造成通信光束的功率衰减，同时还存在光束漂移、光强闪烁、光束扩展、相位起伏等大气湍流效应的影响。在FSO系统中，激光接收端机的性能决定了整体通信性能的优劣。受制于大气链路中湍流等因素的影响，空间光至单模光纤的耦合效率大大降低，进而导致严重误码。因此，如何消除大气湍流的影响、改善接收端的光耦合效率，提高探测效率是空间激光通信领域孜孜以求的目标。

目前，由于空间平台功耗、重量等的限制和通信距离非常遥远等客观条件的限制，在FSO系统中，接收的光信号往往十分微弱，考虑耦合问题的时候关注的焦点是耦合效率。理想情况下，空间光到单模光纤的耦合效率主要受模式匹配、对准偏差、菲涅尔反射、吸收损耗、平台振动等影响，理论计算的最大耦合效率约为81％(Winzer P J,Leeb W R.Fibercoupling efficiency for random light and its applications to lidar[J].OpticsLetters,1998,23(13):986-988.)。实验上，中国科学院光电技术研究所验证了自适应光纤耦合器(AFC)在光纤耦合中补偿静态角偏差和角抖动的作用。结果显示：静态角偏差大于60μrad或者随机角抖动标准差大于8μrad时，理论光纤耦合效率下降到10％以下。在AFC的校正范围内(80μrad)，校正静态角偏差和角抖动后，平均耦合效率均提升到60％以上，最大耦合效率为67％(罗文.基于自适应光纤耦合器的单模光纤耦合技术研究[D].中国科学院研究生院(光电技术研究所),2014.)。对于FSO系统，当信号光经过大气湍流传输一段距离后，如何解决到达角起伏、光斑漂移造成的耦合效率下降，并实现自动对准是当前FSO急需解决的关键性问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于功率反馈的高效空间光-光纤耦合装置，解决了现有技术中存在的因为大气湍流等因素导致光斑抖动，漂移所造成的耦合效率下降的问题。

本发明的另一种目的是提供一种基于功率反馈的高效空间光-光纤耦合方法。

本发明所采用的技术方案是，

一种基于功率反馈的高效空间光-光纤耦合装置，包括基座，基座中间通过压圈固定有透镜，基座通过若干弹簧和压电陶瓷连接有后基座，后基座在与透镜中心相对应的位置设置有通孔，所述通孔中穿有光纤的一端，光纤与透镜的中心在一条直线上，光纤的另一端连接有分束器，分束器处理后的单模光纤连接有信号处理单元，信号处理单元通过信号传输线连接有驱动电路，驱动电路通过信号传输线连接基座。

本发明的特点还在于：

基座为中空的圆环形，其内径与透镜的直径相匹配。

弹簧设置在压电陶瓷内侧。