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超高速大视场接收空间激光通信接收系统

阅读：455发布：2023-01-29

专利汇可以提供超高速大视场接收空间激光通信接收系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且超高速大视场接收空间激光通信接收系统，属于自由激光通信技术领域，为解决现有高速空间激光通信系统接收视场小、通信速率不高的问题，该系统中接收天线通过多芯少模光纤与多组前端光子灯笼连接；每组前端光子灯笼用单模光纤分别与多个光学环行器的端口a连接；光学环行器的端口b与下一级光学环行器端口a之间用具有反射式光纤布拉格光栅的单模光纤连接；每一级光学环行器的端口c用单模光纤与后端光子灯笼连接；后端光子灯笼连接雪崩式光电探测器；雪崩式光电探测器输出端口连接解调器；该系统可以增大信号光的接收面积以及提高空间光的耦合效率，实现超高通信速率，在卫星之间、卫星地面间激光通信等领域具有广泛的应用前景。，下面是超高速大视场接收空间激光通信接收系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.超高速大视场接收空间激光通信接收系统，其特征是，该系统包括接收天线(1)、多芯少模光纤(2)、多组前端光子灯笼(3)、多级光学环行器(4)、反射式光纤布拉格光栅(5)、多组后端光子灯笼(6)、雪崩式光电探测器(7)和解调器(8)；
接收天线(1)通过多芯少模光纤(2)与多组前端光子灯笼(3)连接；
每组前端光子灯笼(3)用单模光纤分别与多个光学环行器(4)的端口a连接；光学环行器(4)的端口b与下一级光学环行器(4)端口a之间用具有反射式光纤布拉格光栅(5)的单模光纤连接；每一级光学环行器(4)的端口c用单模光纤与后端光子灯笼(6)连接；直至最后一级光学环行器(4)的端口b用多路单模光纤与光子灯笼(6)连接；后端光子灯笼(6)连接雪崩式光电探测器(7)；雪崩式光电探测器(7)输出端口连接解调器(8)；
光学环行器(4)的各个端口的光路环向为a、b、c走向。
2.根据权利要求1所述的超高速大视场接收空间激光通信接收系统，其特征在于，接收天线(1)接收自由空间光，将自由空间光耦合进入多芯少模光纤(2)，自由空间光被分成多束少模信号光由不同的纤芯传输至多个前端光子灯笼(3)，少模信号光经过前端光子灯笼(3)被分离出多路单模信号光，多路单模信号光由多根单模光纤传输进入光学环行器(4)端口a；进入端口a的光信号包含多个波长的信号光；光学环行器(4)端口a输入的多波长单模信号光从光学环行器(4)端口b输出，进入反射式光纤布拉格光栅(5)；反射式光纤布拉格光栅(5)将多波长单模信号光中的某一特定波长的单模信号光反射回光学环行器(4)端口b，其余波长的单模信号光通过反射式光纤布拉格光栅(5)传输至下一级光学环行器(4)端口a；从光学环行器(4)端口b返回的单一波长的单模信号光从环行器(4)端口c输出，通过单模光纤传输至后端光子灯笼(6)；多路同波长的单模信号光被后端光子灯笼(6)接收耦合成一路单一波长的单模信号光，输送至雪崩式光电探测器(7)；雪崩式光电探测器(7)将接收到的单一波长的单模信号光转化为电信号输送至解调器(8)进行信号解调。
3.根据权利要求1所述的超高速大视场接收空间激光通信接收系统，其特征在于，多芯少模光纤(2)具有多根纤芯，且纤芯为少模光纤。
4.根据权利要求1所述的超高速大视场接收空间激光通信接收系统，其特征在于，前端光子灯笼(3)与后端光子灯笼(6)组成光子灯笼对，两者在系统中的连接方式相反；前端光子灯笼(3)为一束少模信号光输入，多路单模信号光输出，其作用是将少模信号光分解为多路单模信号光用于波分复用；后端光子灯笼(6)为多束单模信号光输入，一束单模信号光输出，其作用为将同一波长的单模信号光耦合为一束单模信号光用于光电信号转换。

说明书全文

超高速大视场接收空间激光通信接收系统

技术领域

[0001] 本发明属于自由激光通信技术领域，具体涉及一种超高速大视场接收空间激光通信接收系统。

背景技术

[0002] 自由空间激光通信是指以激光作为载体，在大气或真空中传递数据信息的通信技术。相比于传统的无线通信，空间光通信技术具有光束窄，方向性好，能较好的解决卫星间电磁波干扰和保密问题，以及信息容量大，速率高，功耗低，天线尺寸小，重量轻等优点。卫星光通信包括深空卫星之间、同步轨道卫星(GEO)之间、中轨道卫星(MEO)之间、低轨道卫星(LEO)之间、以及卫星与地面站之间的激光通信。空间光通信技术具有非常广阔的应用前景。

[0003] 现有的高速空间激光通信系统，多采用单模光纤耦合的光电探测器，而单模光纤只能接收单一模式光信号且单模光纤接收面积小(约10μm)、接收角很小(几十μrad)，对捕获跟踪系统要求很高。另外如果空间激光通信系统工作在大气湍流条件下，光纤耦合效率严重恶化，系统通信质量下降。

[0004] 中国专利公开号为“CN106788773A”，专利名称为“一种基于光子灯笼的相干接收系统及方法”，如图1所示，该系统为自由空间光信号被接收天线接收，耦合进入光子灯笼，信号被转化为多路单模光信号输入相干接收机。该系统利用光子灯笼来实现在湍流条件下，既能提高空间光耦合效率，又能实现多种模式混杂时的相干接收。不过该基于光子灯笼的相干接收系统增加视场有限，同时无法利用现有的波分复用技术，系统的传输速率仍有提高的空间，无法适应超高速空间自由光通信的要求。

发明内容

[0005] 本发明为解决现有高速空间激光通信系统接收视场小、通信速率不高的问题，提出了一种超高速大视场接收空间激光通信接收系统。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

[0007] 超高速大视场接收空间激光通信接收系统，其特征是，该系统包括接收天线、多芯少模光纤、多组前端光子灯笼、多级光学环行器、反射式光纤布拉格光栅、多组后端光子灯笼、雪崩式光电探测器和解调器；接收天线通过多芯少模光纤与多组前端光子灯笼连接；每组前端光子灯笼用单模光纤分别与多个光学环行器的端口a连接；光学环行器的端口b与下一级光学环行器端口a之间用具有反射式光纤布拉格光栅的单模光纤连接；每一级光学环行器的端口c用单模光纤与后端光子灯笼连接；后端光子灯笼连接雪崩式光电探测器；雪崩式光电探测器输出端口连接解调器。

[0008] 本发明的有益效果是：该系统利用多芯少模光纤接收光学天线耦合的信号光可以增大信号光的接收面积以及提高空间光的耦合效率，在基于光子灯笼对、反射式光纤布拉格光栅和光学环行器的组合中，可完成少模光纤中波分复用的功能，从而实现超高通信速率。本发明在卫星之间、卫星地面间激光通信等领域具有广泛的应用前景。附图说明

[0009] 图1为现有的一种基于光子灯笼的相干接收系统。

[0010] 图2为本发明超高速大视场接收空间激光通信接收系统示意图。

具体实施方式

[0011] 下面结合附图对本发明作详细说明。

[0012] 如图2所示，本发明超高速大视场接收空间激光通信接收系统，该系统包括接收天线1、多芯少模光纤2、多组前端光子灯笼3、多级光学环行器4、反射式光纤布拉格光栅(FBG)5、多组后端光子灯笼6、雪崩式光电探测器(APD)7和解调器8。

[0013] 接收天线1通过多芯少模光纤2与多组前端光子灯笼3连接；

[0014] 每组前端光子灯笼3用单模光纤分别与多个光学环行器4的端口a连接；光学环行器4的端口b与下一级光学环行器4端口a之间用具有反射式光纤布拉格光栅5的单模光纤连接；每一级光学环行器4的端口c用单模光纤与后端光子灯笼6连接；后端光子灯笼6连接雪崩式光电探测器7；雪崩式光电探测器7输出端口连接解调器8。

[0015] 含有多个波长的自由空间光进入接收天线1，自由空间光被耦合，耦合后的自由空间光进入多芯少模光纤2，自由空间光被分成多束少模信号光由不同的纤芯传输至多个前端光子灯笼3，少模信号光经过前端光子灯笼3被分离出多路单模信号光，多路单模信号光由多根单模光纤传输进入光学环行器4端口a；进入端口a的光信号包含多个波长的信号光；端口a输入的多波长单模信号光从光学环行器4端口b输出，进入反射式光纤布拉格光栅5；
反射式光纤布拉格光栅5将多波长单模信号光中的某一特定波长的单模信号光反射回光学环行器4端口b，其余波长的单模信号光通过反射式光纤布拉格光栅5传输至下一级光学环行器端口a；从光学环行器4端口b返回的单一波长的单模信号光从环行器4端口c输出，通过单模光纤传输至后端光子灯笼6；多路同波长的单模信号光被后端光子灯笼6接收耦合成一路单一波长的单模信号光，输送至雪崩式光电探测器7；雪崩式光电探测器7将接收到的单一波长的单模信号光转化为电信号输送至解调器8进行信号解调。

[0016] 多芯少模光纤2具有多根纤芯，且纤芯为少模光纤。

[0017] 前端光子灯笼3与后端光子灯笼6组成光子灯笼对，但两者在系统中的连接方式相反；前端光子灯笼3一束少模信号光输入，多路单模信号光输出，其作用是将少模信号光分解为多路单模信号光用于波分复用；后端光子灯笼6多束单模信号光输入，一束单模信号光输出，其作用为将同一波长的单模信号光耦合为一束单模信号光用于光电信号转换。

[0018] 本发明的实施例如下：

[0019] 接收机接收的信号光由三路波长光组成，分别为1548.5nm、1549.3nm和1550.1nm。信号光被接收天线1接收耦合，经多芯少模光纤2，自由空间光被分成多束少模信号光由不同的纤芯传输至前端光子灯笼3，进入多个前端光子灯笼3分成多路多波长单模信号光。多波长单模信号光由单模光纤传输到Ⅰ级光学环行器4的端口a，从Ⅰ级光学环行器4的端口b输出包含三路波长的信号光，波长为1548.5nm的单模信号光被反射式光纤布拉格光栅5反射回Ⅰ级光学环行器4的端口b，波长为1549.3nm和1550.1nm的信号光通过反射式光纤布拉格光栅5进入Ⅱ级光学环行器4的端口a。返射回的1548.5nm的信号光从Ⅰ级光学环行器4的端口c输出进入后端光子灯笼6。后端光子灯笼6将输入的多路波长为1548.5nm的单模光信号耦合为一路光信号，经过雪崩式光电探测器7转换为电信号传输至解调器8进行信号解调，得到信号数据。进入Ⅱ级光学环行器4的端口a的1549.3nm和1550.1nm的信号光从Ⅱ级光学环行器4的端口b输出，反射式光纤布拉格光栅5将波长为1549.3nm波长的信号光反射回光学回Ⅱ级光学环行器4的端口b，波长为1550.1nm的信号光通过反射式光纤布拉格光栅5进入Ⅲ级光学环行器4的端口a。反射回的1549.3nm的信号光从Ⅱ级光学环行器4端口c输出进入后端光子灯笼6。后端光子灯笼将输入的多路波长为1549.3nm的单模光信号耦合为一路光信号，经过雪崩式光电探测器7转换为电信号传输至解调器8进行信号解调，得到信号数据。进入Ⅲ级光学环行器4的端口a的1550.1nm的信号光从Ⅲ级光学环行器4端口b直接输出进入后端光子灯笼6，后端光子灯笼6将输入的多路波长为1550.1nm的单模光信号耦合为一路光信号，经过雪崩式光电探测器7转换为电信号传输至解调器8进行信号解调，得到信号数据。

[0020] 上述描述中的实施方案可以进一步改变波长、不同波长载波数和少模多芯光纤纤芯数目等，且实施方案仅仅是对本发明专利的优选实施例进行描述，并非对本发明专利的构思和范围进行限定，在不脱离本发明专利设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明专利的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

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