[发明专利]基于可变光轴的小型化多芯收发激光通信装置及设计方法

说明书

本发明公开一种基于可变光轴的小型化多芯收发激光通信装置及设计方法，该基于可变光轴的小型化多芯收发激光通信装置，包括信号光发射光路、信标光发射光路、信号光接收光路、信标光接收光路，其特征在于，其中所述信号光接收光路中采用多芯光纤耦合器，耦合到多芯光纤端面，所述多芯光纤耦合器包括若干个单模光纤芯和若干个多模光纤芯安装在一个统一的光纤包层内，其中每个单模光纤芯和每个多模光纤芯均通过各自对应的一个光纤滤波器接入对应的信号光探测器，形成多通道的信号光接收光路。本发明简化空间光光路设计，在降低了光学天线体积重量的同时，减少了生产、维护难度和成本。

技术领域

本发明属于光学设备技术领域，具体涉及一种基于可变光轴的小型化多芯收发激光通信装置及设计方法。

背景技术

与现有的微波通信技术相比，卫星激光通信技术具有数据率高、抗干扰和保密性好等显著优点，是今后卫星通信的有效补充技术手段。目前，国内外已开展了多项卫星光通信在轨试验，正在逐步开展军事和商业航天应用。

相对于传统微波通信系统，激光通信系统优于采用了光波波段作为信息载波（载波10~400THz），具有极高的通信带宽，同时具有重量轻、体积小、功耗低的突出优点。

从形态上与微波射频天线最大的确保是需要一个高度集成、复杂的光学天线，一般包括信号光发射光路、信号光接收光路、信标光发射光路、信标光接收光路及相应的扩束天线。一般激光通信终端及时采用了收发共光学天线设计、无信标设计等小型化方法，仍然需要存在信号光发射后光路、信号光接收后光路、信标光发射/接收后光路等独立空间光光路，这些光路要求利用空间镜片实现同轴度优于10μrad以下的同轴度装配，优于多光轴、高精度空间光路要求，造成其体积重量难以进一步缩小，也给装配和维护带来了一些列问题。

传统光学天线内均为空间光器件，如图1所示，包括扩束天线1，快速反射镜一2，分色镜3，分光镜一4，接收信标光镜组5，信标光探测器6，快速反射镜二7，多芯光纤耦合器8，滤波器9，信号探测器10，快速反射镜三11，分光镜二12，发射信标光镜组13，信标激光器14，发射信号光镜组15，信号激光器16。

然而目前终端空间光后光路方式存在以下问题：1）器件成本高；2）加工装配难度大，周期长；3）故障维护维修困难；4）体积重量大；5）不易于批量生产。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于可变光轴的小型化多芯收发激光通信装置及设计方法，利用精密快反镜、多芯光纤器件、光纤滤波器等器件，实现对不同接收光纤接收面的复用，实现相干保偏、高速单模、低速多模的时分接收，极大的减少了空间光光路数量要求，简化空间光光路设计，在降低了光学天线体积重量的同时，减少了生产、维护难度和成本，降低了光学天线对环境控制的要求，并且采用批量化生产的光纤器件，可以降低系统器件成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于可变光轴的小型化多芯收发激光通信装置，包括信号光发射光路、信标光发射光路、信号光接收光路、信标光接收光路，其中所述信号光接收光路中采用多芯光纤耦合器，耦合到多芯光纤端面，所述多芯光纤耦合器包括若干个单模光纤芯和若干个多模光纤芯安装在一个统一的光纤包层内，其中每个单模光纤芯和每个多模光纤芯均通过各自对应的一个光纤滤波器接入对应的信号光探测器，形成多通道的信号光接收光路。

进一步地，所述基于可变光轴的小型化多芯收发激光通信装置，包括扩束天线、快速反射镜一、分色镜、分光镜一、接收信标光镜组、信标光探测器、快速反射镜二、多芯光纤耦合器、光纤滤波器、信号探测器、快速反射镜三、分光镜二、发射信标光镜组、信标激光器、发射信号光镜组、信号激光器，其中：

信号光发射光路：信号光激光器发射信号光，经由发射信号光镜组整形后，经由分光镜二与信标光合束，再经过快速反射镜三、分色镜与接收光束合束，再经过快速反射镜一进入扩束天线，形成信号光发射光路；