激光收发装置、用于对激光收发装置进行光轴自标校的方法和机器可读存储介质
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411856726.5 | 申请日 | 2024-12-16 |
| 公开(公告)号 | CN119316059A | 公开(公告)日 | 2025-01-14 |
| 申请人 | 上海穹窿科技有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 请求不公布姓名; 谭俊; | 第一发明人 | 请求不公布姓名 |
| 权利人 | 上海穹窿科技有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 上海穹窿科技有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：上海市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：上海市闵行区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：上海市闵行区剑川路940号B幢3层 | 邮编 | 当前专利权人邮编：200240 |
| 主IPC国际分类 | H04B10/118 | 所有IPC国际分类 | H04B10/118 ; H04B10/079 ; H04B10/291 ; H04B7/185 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 15 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京市金杜律师事务所 | 专利代理人 | 林柯; |
| 摘要 | 本 发明 涉及一种激光收发装置、用于对激光收发装置进行光轴自标校的方法和机器可读存储介质。该装置的 光 放大器 包括：第一 光放大器 组件，被配置为经由发射光纤连接至发射镜组；第二光放大器组件，被配置为经由接收光纤连接至接收镜组；标校光供应装置，被配置为与第一光放大器组件相关联以提供标校光；光功率探测器，被连接至第二光放大器组件且被配置为至少探测标校光的功率。在超前振镜被调节以进行扫描的情况下，标校光被提供至 位置 探测器，以进行光轴自标校的第一测量，并且通过接收镜组的标校光被提供至光功率探测器以进行光轴自标校的第二测量。本发明的激光收发装置借助现有器件进行标校，不需要进行实验室标定且标校结果不受环境影响。 | ||
| 权利要求 | 1.一种具有光轴自标校功能的激光收发装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 激光收发装置、用于对激光收发装置进行光轴自标校的方法和机器可读存储介质 技术领域[0001] 本发明涉及一种星间卫星激光通信技术领域，特别是具有光轴自标校功能的激光收发装置、用于对激光收发装置进行光轴自标校的方法和机器可读存储介质。 背景技术[0002] 空间激光通信技术结合了无线电通信和光纤通信的优点，以激光为载波、大气为通道进行通信。空间激光通信技术具有抗干扰能力强、安全性高、通信速率高、传输速度快、波段选择方便及信息容量大的优势。由于激光星间链路终端的光轴在地面光学状态平台上 进行同轴标定，入轨后由于大气压强、温度、大气湍流、超前角等影响，光轴会随之变化产生轴偏差。例如，激光通信终端在实际使用中受力热等环境因素影响导致收发光轴分离以及 跟踪点跑偏问题。 [0003] 传统的解决方案通常会增加一组额外的光路，并假定增加的光路与原通信相对关系不变，通过监控增加的光路变化来识别光轴的变化，但这类方法需要在实验室对通信光 路和标校光路的关系进行标定以及在真空罐内对两者关系进行重复标定。标校过程复杂， 且无法保证相对关系在轨过程中不发生变化。 [0004] 此外，在一些现有的在轨校准通常还需要引入许多额外的部件和装置来完成光轴校准功能，这使得激光通信终端的校准成本增加，设备控制功能变得复杂，可能对原有的激光通信终端的功能造成干扰，使得激光通信终端的可靠性降低。 [0005] 综上，传统的光轴自标校方案存在的不足之处在于：需要额外的部件和装置来完成光轴校准功能，需要进行实验室标定且标校结果容易受环境影响。 发明内容[0006] 本发明提供一种具有光轴自标校功能的激光收发装置、用于对激光收发装置进行光轴自标校的方法和机器可读存储介质，能够借助现有器件进行标校，不需要进行实验室 标定且标校结果不受环境影响。 [0007] 根据本发明的第一方面，提供一种具有光轴自标校功能的激光收发装置。该激光收发装置包括：光学头空间光路和光放大器，其中，光学头空间光路包括发射镜组、接收镜组、位于发射镜组下游的可调节的超前振镜、位于超前振镜下游的跟踪镜组，以及位于跟踪镜组下游的位置探测器。光放大器包括：第一光放大器组件，被配置为经由发射光纤连接至发射镜组；第二光放大器组件，被配置为经由接收光纤连接至接收镜组；标校光供应装置，被配置为与第一光放大器组件相关联以提供标校光；以及光功率探测器，被连接至第二光 放大器组件且被配置为至少探测标校光的功率。在超前振镜被调节以进行扫描的情况下， 标校光被提供至发射镜组，并且进而至少经由超前振镜和跟踪镜组被提供至位置探测器， 以进行光轴自标校的第一测量，并且通过接收镜组的标校光被提供至光功率探测器以进行 光轴自标校的第二测量。 [0009] 在一些实施例中，光学头空间光路还包括：位于超前振镜下游和跟踪镜组上游的二向色镜；以及位于二向色镜下游的光回射器；其中二向色镜被配置为将来自超前振镜的 发射信号光的第一部分作为信号光射出，且将来自超前振镜的发射信号光的第二部分输出 至光回射器并接收从光回射器返回的激光并将其作为标校光，以及其中衰减装置被设置在 二向色镜和光回射器之间。 [0010] 在一些实施例中，标校光供应装置包括设置在光放大器中的且与第一光放大器组件并置的标校激光器，以及第一光放大器组件包括位于其输出端处的合束装置，其中来自 标校激光器的标校光经由合束装置被提供至发射光纤。 [0011] 在一些实施例中，合束装置包括：位于述第一光放大器组件的输出端处的第一耦合器，或者第一光放大器组件所包含的位于输出端处的第一密集波分复用（DWDM）滤波器。 在该实施例中，第一耦合器应当由1*2耦合器变为2*2耦合器。 [0012] 在一些实施例中，光学头空间光路还包括衰减装置，衰减装置被配置为对由标校激光器输出的标校光进行衰减以调整标校光的功率；或者标校激光器包括激光功率调节 器，被配置为对标校激光器的输出功率进行调整以调整标校光的功率。 [0013] 在一些实施例中，第二光放大器组件还包括位于其输入端处的分光装置，其中来自接收光纤的标校光经由分光装置被提供至光功率探测器。 [0014] 在一些实施例中，分光装置包括位于第二光放大器组件的输入端处的第二耦合器，光功率探测器包括位于第二光放大器组件的输入端处的第一输入端光功率探测器，以 及标校光经由第二耦合器而被提供至第一输入端光功率探测器。 [0015] 在一些实施例中，分光装置包括位于第二光放大器组件的输入端处的第二DWDM滤波器，光功率探测器包括与第二光放大器组件的输入端处的第一输入端光功率探测器不同 的第二附加光功率探测器，以及标校光经由第二DWDM滤波器而被提供至第二附加光功率探 测器，且第二DWDM滤波器的输出端经由光纤被连接至第二附加光功率探测器。 [0016] 在一些实施例中，光放大器包括掺铒光纤放大器EDFA。 [0017] 在一些实施例中，激光收发装置还包括与光放大器、超前振镜和位置探测器可通信地连接的标校控制器，标校控制器被配置为：从位置探测器接收第一测量的第一数据；从光功率探测器接收第二测量的第二数据；以及基于第一数据和第二数据确定光轴自标校的 结果。 [0018] 根据本发明的第二方面，提供一种用于对根据第一方面所述的激光收发装置进行光轴自标校的方法，激光收发装置还包括与光放大器、超前振镜和位置探测器可通信地连 接的标校控制器。该方法包括：使用标校控制器，将超前振镜的位置调节至初始位置；使用标校控制器，使得超前振镜围绕初始位置进行扫描；使用标校控制器，获取来自位置探测器的关于第一测量的第一数据和来自光功率探测器的关于第二测量的第二数据；以及使用标 校控制器，从第二数据中选择功率目标数据，且将超前振镜的与功率目标数据相对应的状 态值作为超前振镜的目标标校值，以及将第一数据中的与功率目标数据相对应的数据作为 位置探测器的跟踪位置目标值。 [0019] 在一些实施例中，标校光包括从第一光放大器组件的输出端输出的发射信号光，方法还包括：使用标校控制器，将第一光放大器组件的输出功率调节至预定值。 [0020] 在一些实施例中，标校光包括从与第一光放大器组件并列的标校激光器输出的标校光，方法还包括：使用标校控制器，将第一光放大器组件关闭并且将标校激光器的输出功率调整至预定值。 [0021] 根据本发明的第三方面，提供一种机器可读存储介质，其上存储有机器可执行指令，其中机器可执行指令被处理器执行以实现根据第二方面所述的方法的步骤。 [0022] 本发明的有益效果在于：在根据本发明的激光收发装置中，借助激光通信中常用的光放大器（例如，EDFA）中现有器件配合光学头空间光路进行标校，该方案直接复用发射光纤和接收光纤，因此该方案的标校过程不需要进行实验室标定，且标校结果不受环境影 响，在轨之后标校效果稳定。并且，由于是直接复用光放大器（例如，EDFA）中现有组件，不会造成额外的成本增加或者成本变化极低，也不会对激光通信终端的原有功能造成干扰。当 标校失效时也不会对激光通信终端本身的功能造成任何影响，保证了激光通信终端的可靠 性。因此，光放大器（例如，EDFA）光纤光路与光学头空间光路相结合实现标校功能并且不会对激光通信终端原有功能造成影响，且成本无变化或变化极小，实施简单。 [0024] 结合附图并参考以下详细说明，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素，其中： 图1A示出了根据本发明的一些实施例的激光收发装置的结构示意图； 图1B示出了根据本发明的一些实施例的激光收发装置的结构示意图； 图2示出了根据本发明的一些实施例的用于对激光收发装置进行光轴自标校的方 法的流程图； 图3示出了根据本发明的一些实施例的用于对根据图1A所示的激光收发装置进行 光轴自标校的方法的流程图； 图4示出了根据本发明的一些实施例的用于对根据图1B所示的激光收发装置进行 光轴自标校的方法的流程图； 图5示出了实施本发明的一些实施例的示例设备的示意性框图。 具体实施方式[0025] 现在参考附图描述各种实施例，其中贯穿全文，相似的附图标记用于指代相似的元素。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了很多具体细节以便促进对一个或多个实施例的透彻理解。然而，在一些或所有情况下可能很清楚的是，可以在不采用以下描述的具体设计细节的情况下实践以下描述的任何实施例。在其他实例中，公知的结构和设备以框图 形式示出以便于描述一个或多个实施例。以下给出一个或多个实施例的简化概述，以便提 供对实施例的基本理解。该概述不是所有预期实施例的详尽概述，并非旨在标识所有实施 例的关键或重要元素，也不旨在界定任何或所有实施例的范围。 [0026] 在本描述的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用旨在指示关于实施例描述的特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可以在本描述的一个或多个点中存在的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语不一定指代同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构造、结构或特性。 [0027] 除非另有指示，否则当提及连接在一起的两个元件时，这表示在没有导体之外的任何中间元件的情况下的直接连接；并且当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个 元件可以连接或者它们可以经由一个或多个其他元件耦合。 [0028] 在以下公开中，除非另有指示，否则当提及绝对位置修饰词（诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等）或相对位置修饰词（诸如，术语“上方”、“下方”、“更高”、“更低”等）时，或者当提及定向的修饰词（诸如，“水平”、“竖直”等）时，指的是图中所示的定向。除非另有指定，否则表述“约”、“近似”、“基本”和“大约”表示在10％以内，优选在5％以内。 [0029] 在随后的描述中，说明了一个或多个特定细节，旨在提供对本描述的实施例的示例的深入理解。可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者利用其他方法、部件、材料等获得实施例。在其他情况下，没有详细图示或描述已知的结构、材料或操作，以便实施例的某些方面将不被模糊。 [0030] 贯穿本文所附的附图，相同的部件或元件利用相同的附图标记指示，并且为了简洁起见将不再重复对应的描述。仅出于方便起见而提供本文使用的附图标记，并且因此不 定义保护的程度或实施例的范围。 [0031] 如上所述，由于激光星间链路终端的光轴在地面光学状态平台上进行同轴标定，入轨后由于大气压强、温度、大气湍流、超前角等影响，光轴会随之变化产生轴偏差。例如，由于卫星发射过程中会受到火箭发射推进器振动、引力释放等影响，空间激光通信终端在 轨运行时，原本在地面校标的激光通信终端的发射、接收和跟瞄光路的光轴会产生一定量 的偏差。但是，在这种超远距离空间通信中，收发光束标校中极其微小的偏差都会随着距离被放大，将会严重影响光链路的效率与稳定性，从而增加在卫星间建立光通信链路的困难 程度。也就是说，激光通信终端在实际使用中受力、热、冲击等环境因素影响导致收发光轴分离以及跟踪点跑偏问题。因此，需要对激光通信终端的光轴进行校准，例如接收镜组的光轴需要与发射镜组的光轴对准，并且接收镜组的光轴和发射镜组的光轴需要分别与跟踪镜 组的光轴对准。 [0032] 传统的解决方案通常会增加一组额外的光路，并假定增加的光路与原通信相对关系不变，通过监控增加的光路变化来识别光轴的变化，但这类方法需要在实验室对通信光 路和标校光路的关系进行标定以及在真空罐内对两者关系进行重复标定。标校过程复杂， 且无法保证相对关系在轨过程中不发生变化。这种方式需要信标光辅助校准，调试困难、周期长。以上方法在标校过程中无法与通信光同时进行，因此无法快速、准确、实时在轨地测定离轴量并校准。 [0033] 此外，在一些现有的在轨校准通常还需要引入许多额外的部件和装置来完成光轴校准功能，这使得激光通信终端的校准成本增加，设备控制功能变得复杂，可能对原有的激光通信终端的功能造成干扰，使得激光通信终端的可靠性降低。 [0034] 考虑到上述问题，本发明的一些实施例提供一种具有光轴自标校功能的激光收发装置。该激光收发装置包括：光学头空间光路和光放大器，其中，光学头空间光路包括发射镜组、接收镜组、位于发射镜组下游的可调节的超前振镜、位于超前振镜下游的跟踪镜组，以及位于跟踪镜组下游的位置探测器。光放大器包括：第一光放大器组件，被配置为经由发射光纤连接至发射镜组；第二光放大器组件，被配置为经由接收光纤连接至接收镜组；标校光供应装置，被配置为与第一光放大器组件相关联以提供标校光；以及光功率探测器，被连接至第二光放大器组件且被配置为至少探测标校光的功率。在超前振镜被调节以进行扫描 的情况下，标校光被提供至发射镜组，并且进而至少经由超前振镜和跟踪镜组被提供至位 置探测器，以进行光轴自标校的第一测量，并且通过接收镜组的标校光被提供至光功率探 测器以进行光轴自标校的第二测量。根据本发明的激光收发装置借助激光通信中常用的光 放大器中现有器件配合光学头空间光路进行标校，不需要进行实验室标定，不需额外的器 件，且标校结果不受环境影响。 [0035] 下文将接合附图来详细描述根据本发明的一些实施例的具有光轴自标校功能的激光收发装置。图1A示出了根据本发明的一些实施例的具有光轴自标校功能的激光收发装 置的结构示意图；图1B示出了根据本发明的一些实施例的具有光轴自标校功能的激光收发 装置的结构示意图。如图1A和图1B所示，粗曲线表示光纤连接，直线表示光路，其中带箭头的实线表示发射信号光的光路，带箭头的虚线表示接收信号光的光路，带箭头的点划线（图 1B所示）表示标校激光器发射的专用标校光的光路。也就是说，在光放大器中都采用光纤连接，光放大器与光学头空间光路以及激光器（未示出）之间都采用光纤连接。 [0036] 如图1A和1B所示，该具有光轴自标校功能的激光收发装置1000包括光学头空间光路100A，该光学头空间光路100A沿着激光的光路至少包括发射镜组102、角度可调节的超前振镜103、跟踪镜组108、位置探测器109和接收镜组110。发射镜组102具有发射光轴，接收镜组110具有接收光轴，跟踪镜组108具有跟踪镜组光轴，光轴自标校需要使得这三个光轴对 准。 [0037] 如图1A和1B所示，该激光收发装置1000还包括光放大器100B。该光放大器100B包括标校光供应装置101，第一光放大器组件（例如，后置光放大器BA）、第二光放大器组件（例如，前置光放大器PA）以及光功率探测器111。该标校光供应装置101与例如后置光放大器BA相关联，以借助于现有的后置光放大器BA来提供标校光，且光功率探测器111能够与例如前置光放大器PA相关联，以借助于现有的前置光放大器PA来接收标校光以及信号光等。 后置光放大器BA在端口BA‑OUT处借助于现有的发射光纤F1与发射镜组102连接，前置光放大器 PA在端口PA‑IN处借助于现有的接收光纤F2与接收镜组110连接。此外，后置光放大器BA在端口BA‑IN处借助于光纤与发射激光器（未示出）连接，前置光放大器PA在端口PA‑OUT处借助于现有的光纤与信号处理器（未示出）连接。 [0038] 在一些实施例中，该光放大器100B可以是掺铒光纤放大器（Erbium‑Doped Fiber Amplifier, EDFA），其能够在光纤通信系统中对光信号进行放大，从而增强信号的传输距离和信号质量。EDFA使得长距离、大容量、高速率的光纤通信成为可能。EDFA的后置光放大器BA在链路的传输侧或者发射侧工作，置于发射器后面，该后置光放大器BA用于对多个波长信号进行功率提升，然后再进行传输。EDFA的前置光放大器PA可以在密集波分复用 （DWDM）链路的接收端工作，该前置光放大器PA放置在DWDM链路的接收器端之前。该前置光放大器PA用于补偿光接收器附近的解复用器中的损耗，以及在超长距离系统中进行光检测 之前增强信号电平，从而提高接收灵敏度。 [0039] 在一些实施例中，如图1A和1B所示，该激光收发装置还可以包括标校控制器100C，该标校控制器至少可以与光放大器100B（例如，标校光供应装置101和光功率探测器111等）、超前振镜103和位置探测器109等通信，如图中的虚线直线所示。 [0040] 在一些实施例中，如图1A所示，来自后置光放大器BA的信号光或发射信号光可以直接作为标校光，也就是说后置光放大器BA可以实现标校光供应装置的功能，标校光包括 由后置光放大器BA的输出端处直接输出的发射信号光。如图1A所示，该后置光放大器BA包 括例如BA增益装置114等，该增益装置114可以用于发射信号光来作为标校光。 [0041] 在一些实施例中，如图1B所示，标校光供应装置101可以包括标校激光器116，在标校激光器116工作的时候，可以关闭后置光放大器BA，从而将来自标校激光器116的光作为标校光。也就是说后置光放大器BA发射的信号光不作为标校光，而是通过另一标校激光器 116来提供标校光，但是标校激光器116与后置光放大器BA相关联，以借助于其现有的光纤 光路来传输标校光。在图1B所示的实施例中，由于包括标校激光器116，后置光放大器BA的输出端还包括合束装置113，该合束装置可以包括位于后置光放大器BA的输出端处的输出 端耦合器（此时，输出端耦合器应当由1*2耦合器变为2*2耦合器）或者DWDM滤波器（未示 出），从而经由输出端耦合器或者DWDM滤波器，将标校光提供至发射光纤F1。如图1A所示，该后置光放大器BA除了包括这些耦合器或滤波器之外，还包括其他装置，例如BA增益装置114等，在标校激光器116工作的时候，这些BA增益装置114可以被关闭。 [0042] 在一些实施例中，如图1A和1B所示，来自标校光供应装置101的标校光至少经由发射光纤F1、发射镜组102、超前振镜103和跟踪镜组108后被提供至位置探测器109。这样，通过在位置探测器109上进行探测，可以探测到发射镜组的光轴与跟踪镜组的光轴对齐时的 数据。在超前振镜103被连续调节以对标校光进行扫描时，该位置探测器109能够检测光斑 的位置信息，从而作为光轴自标校的一种测量，从而从中选择跟瞄特征值。 [0043] 例如，如图1A所示，该光学头空间光路100A沿着激光的光路还包括二向色镜104、光回射器105、衰减装置106、分光镜107和跟踪镜组108（例如，精跟镜组）。该二向色镜104能够将发射信号光分为两路，一路作为信号光发射出去，一路被提供至光回射器105和衰减装置106，然后从光回射器105返回的光可以被作为标校光，且被引导至分光镜107。该二向色镜104还能够接收来自外界的接收信号光。该衰减装置106可以对标校光的功率进行调节以 使之适合位置探测器和接收光纤的参数。该分光镜107能够将标校光分为两路，一路被提供至跟踪镜组108（例如，精跟镜组）以达到位置探测器，一路被提供至接收镜组110。 [0044] 例如，如图1A所示，来自标校光供应装置101的标校光经由发射光纤F1、发射镜组102、超前振镜103、二向色镜104、光回射器105、衰减装置106、分光镜107、跟踪镜组108（例如，精跟镜组）后被提供至位置探测器109，以进行光斑测量等。此外，如图1A所示，由二向色镜104所接收的信号光可以经由光回射器105、衰减装置106、分光镜107和跟踪镜组108（例如，精跟镜组）后被提供至位置探测器109，从而对接收的信号光的光斑也进行测量，并且接收信号光也能够被提供至接收镜组110，以进入光放大器。 [0045] 如图1B所示，该光学头空间光路100A沿着激光的光路还包括二向色镜104、光回射器105、可选的衰减装置106（虚线表示该装置是可省略的）、分光镜107和跟踪镜组108（例如，精跟镜组）。与图1A的实施例相比，图1B的实施例可以省略衰减装置106，但是该衰减装置106也可以被包括在图1B的实施例中。如图1B所示，来自标校光供应装置101（标校激光器 116）的标校光经由发射光纤F1、发射镜组102、超前振镜103、二向色镜104、光回射器105、可选的衰减装置106、分光镜107、跟踪镜组108（例如，精跟镜组）后被提供至位置探测器109，以进行光斑测量等。此外，如图1B所示，由二向色镜104所接收的信号光可以经由光回射器 105、可选的衰减装置106、分光镜107和跟踪镜组108（例如，精跟镜组）后被提供至位置探测器109，从而对接收信号光的光斑也进行测量，并且接收信号光也能够被提供至接收镜组 110，以进入光放大器。 [0046] 如图1A和1B所示，该光放大器100B还可以包括光功率探测器111，经过接收镜组110的标校光通过接收光纤F2被输入到该光功率探测器111，以探测标校光的功率，从而用 于进行光轴自标校的一种测量。此外，经过接收镜组110的接收信号光也通过接收光纤F2被输入到该光功率探测器111，以探测信号光的功率，以进行光轴自标校的功率测量。 [0047] 如图1A和1B所示，在标校光被输入到光功率探测器111之前，来自接收光纤F2的标校光需要先经过前置光放大器PA的输入端处的分光装置112，该分光装置112可以包括输入 端耦合器，或者DWDM滤波器（未示出），从而将标校光提供至光功率探测器111。如图所示，该前置光放大器PA除了包括这些耦合器或滤波器之外，还包括其他装置，例如PA增益装置115等。 [0048] 在根据本发明的激光收发装置中，来自光放大器的现有后置光放大器的发射信号光可以直接作为标校光。替代地，也可以通过光放大器所包含的现有标校激光器116来生成标校光。无论哪种方式，通过光放大器的现有部件可以提供标校光。然后标校光能够通过现有的发射光纤被提供至光学头空间光路，进而被提供到位置探测器以进行光斑测量等。使 用现有的接收光纤，将来自光学头空间光路的标校光和/或信号光（该信号光被二向色镜接收，例如通过二向色镜、分光镜、接收镜组等形成的接收光路而被接收）提供至光放大器。然后光放大器中现有的前置光放大器PA的输入端耦合器或者DWDM滤波器（被包含在现有的分 束装置中）将标校光进行分束，然后标校光被提供至功率探测器，以进行功率测量等。 [0049] 因此，标校光利用现有的发射光纤和接收光纤在光放大器和光学头空间光路之间传播，该方案所测试到的对应靶心必定是发射光纤和接收光纤对应靶心。由于光放大器（例如，EDFA）中现有激光通信本身就会用到输入端耦合器或输出端耦合器或DWDM滤波器，并且现有激光通信用EDFA一般都会具有光功率探测器等，因此本发明无需额外增加器件，直接 使用现有器件即可实现光轴自标校。 [0050] 因此，本发明的激光收发装置借助激光通信中常用的光放大器（例如，EDFA）中现有器件配合光学头空间光路进行标校，该方案直接复用发射光纤和接收光纤，因此该方案的标校过程不需要进行实验室标定，且标校结果不受环境影响，在轨之后标校效果稳定。并且，由于是直接复用光放大器（例如，EDFA）中现有组件，不会造成额外的成本增加，也不会对激光通信终端的原有功能造成干扰。当标校失效时也不会对激光通信终端本身的功能造 成任何影响，保证了激光通信终端的可靠性。因此，光放大器（例如，EDFA）光纤光路与光学头空间光路相结合实现标校功能并且不会对激光通信终端原有功能造成影响，且成本无变 化或者变化极小，实施简单。 [0051] 在如图1A所述的实施例中，具有光轴自标校功能的激光收发装置由光放大器（例如，EDFA）光纤光路、光学头空间光路以及标校控制器组成。光放大器光纤光路包含后置光放大器（BA）、前置光放大器（PA）的输入端处的分束装置（一般是DWDM滤波器或者耦合器，也可以是光开光）和光功率探测器。光学头空间光路由发射镜组、超前振镜、二向色镜（DM）、衰减装置、光回射器、分光镜、精跟镜组、位置探测器以及接收镜组组成。标校控制器由控制单板、控制软件组成，光学头空间光路各组件之间通过光路连接。光放大器光纤光路和光学头空间光路通过光纤连接，光放大器的BA通过光纤连接至光学头空间光路的发射镜组，光放 大器的PA通过光纤连接至光学头空间光路的接收镜组。标校控制器与光放大器以及光学头 的空间光路中的超前振镜和位置探测器通过电路连接。 [0052] 在如图1A所示的实施例中，该装置的光放大器100B（例如，EDFA）的光纤光路部分由后置光放大器BA、前置光放大器PA的输入端耦合器或者DWDM滤波器和光功率探测器组成。该装置将发射信号光作为标校光使用，标校光通过发射光纤F1进入发射镜组102后输出至超前振镜103，经过超前振镜103发射后输出至二向色镜104。发射信号光在二向色镜104 上被分为两路光，其中一路作为信号光发射出去，而另一路作为标校光经过二向色镜104后输出至光回射器105。该光回射器105一般选择角锥，也可以是反射镜、光栅等。在二向色镜和光回射器之间可以设置衰减装置106来调整标校光在位置探测器109和接收光纤F2内的 光功率。在一些示例中，该衰减装置106可以是衰减片、光阑或者滤光片等。 [0053] 标校光经过光回射器105后返回至二向色镜104，此时从二向色镜104输出至分光镜107的光束可以被选择作为标校光。分光镜107将标校光分为两个新的标校光，其中一路 标校光通过光路输出至跟踪镜组108（例如，精跟镜组）后输出到位置探测器109上，该位置探测器109根据接收到的光斑反馈位置信息作为跟瞄特征值。此外，另一路标校光经过接收镜组110耦合进接收光纤F2，然后被输出至前置光放大器PA的输入端，通过前置光放大器PA的输入端处设置的分光装置112后标校光进入光功率探测器111中。前置光放大器PA的输入 部分（即，分光装置）即可以包含输入端耦合器（未示出），也可以包含DWDM滤波器（未示出）。 [0054] 在一些实施例中，选择前置光放大器PA的输入端耦合器来引导标校光，则需要将前置光放大器PA的输入端耦合器放在输入端DWDM滤波器之前，即标校光先经过前置光放大 器PA的输入端耦合器再经过DWDM滤波器，此时直接使用前置光放大器PA原有的输入端光功 率探测器作为标校用的光功率探测器111即可。 [0055] 在一些实施例中，可以选择前置光放大器PA的输入端DWDM滤波器，则前置光放大器PA的输入端耦合器和DWDM滤波器的顺序不影响标校功能，但是需要将DWDM滤波器的另外 一个输出端口通过光纤连接至光功率探测器111，该光功率探测器111可以是一个新增的光 功率探测器，它与前置光放大器PA所原有的输入端光功率探测器是不同的。 [0056] 在如图1B所述的实施例中，具有光轴自标校功能的激光收发装置也由光放大器（例如，EDFA）光纤光路、光学头空间光路以及标校控制器组成。光放大器光纤光路包含后置光放大器（BA）的输出端处的合束装置（一般为DWDM滤波器，也可以是耦合器）、前置光放大器（PA）的输入端的分束装置（一般是DWDM滤波器或者耦合器，也可以是光开光）和光功率探测器。光学头空间光路由发射镜组、超前振镜、二向色镜（DM）、光回射器、分光镜、精跟镜组、位置探测器以及接收镜组组成。标校控制器由控制单板、控制软件组成，光学头空间光路各组件之间通过光路连接。光放大器光纤光路和光学头空间光路通过光纤连接，光放大器的 BA在输出端通过光纤连接至光学头空间光路的发射镜组，光放大器的PA在输入端通过光纤 连接至光学头空间光路的接收镜组。标校控制器和光放大器以及光学头的空间光路中的超 前振镜和位置探测器通过电路连接。 [0057] 在如图1B所示的激光收发装置中，该装置的光放大器100B（例如，EDFA）的光纤光路部分由标校激光器116、后置光放大器BA的输出端的耦合器或者DWDM滤波器、前置光放大器PA的输入端耦合器或者DWDM滤波器组成和光功率探测器组成。图1B所述的装置的前置光放大器PA部分的配置与图1A所示的装置相同，差异在于图1B的装置将独立的标校激光器 116的输出光作为标校光使用。 [0058] 如图1B所示，标校激光器116发出标校光后通过BA输出端的耦合器或者DWDM滤波器与信号光合成一束。通常BA的输出端具有DWDM滤波器以减少发射信号光对接收信号光的 串扰，但是DWDM滤波器的输入端口有一个空闲，图1B的标校激光器116通过光纤连接至该端口，从而使得标校光和发射信号光合成一束光。同样的，如果不使用已有的DWDM滤波器，则可以使用输出端耦合器来实现同样的功能，但是优选地使用已有的DWDM滤波器。如果后置 光放大器BA特殊情况下不包括DWDM滤波器，则可以新增一个DWDM滤波器或者耦合器来实现 同样功能。 [0059] 标校光通过发射光纤F1进入发射镜组102后输出至超前振镜103，经过超前振镜103发射后输出至二向色镜104，二向色镜104将标校光输出至光回射器105。光回射器105一般选择角锥，也可以是反射镜、光栅等。图1B的激光收发装置可以选择在二向色镜104和光回射器105之间增加衰减装置106来调整标校光在位置探测器和接收光纤内的光功率。在一 些示例中，衰减装置可以是衰减片、光阑或者滤光片等。图1B的激光收发装置也可以选择通过调节标校激光器116的输出功率来调整标校光在位置探测器109和接收光纤F2内的光功 率而不需要在二向色镜和光回射器之间增加其他组件。 [0060] 标校光经过光回射器105后返回至二向色镜104，此时从二向色镜104输出至分光镜107的光束作为标校光。分光镜107将标校光分为两个新的标校光，其中一路通过光路输 出至跟踪镜组108（例如，精跟镜组）后输出到位置探测器109上，该位置探测器109根据接收到的光斑反馈位置信息作为跟瞄特征值。另一路标校光经过接收镜组110耦合进接收光纤 F2，输出至前置光放大器PA的输入端，通过分光装置112后标校光进入光功率探测器111中。 通常PA的输入部分（即分光装置）即包含输入端耦合器也包含DWDM滤波器。 [0061] 在一些实施例中，选择前置光放大器PA的输入端耦合器来引导标校光，则需要将前置光放大器PA的输入端耦合器放在输入端DWDM滤波器之前，即标校光先经过前置光放大 器PA的输入端耦合器再经过DWDM滤波器，此时直接使用前置光放大器PA原有的输入端光功 率探测器作为标校用的光功率探测器即可。 [0062] 在一些实施例中，选择前置光放大器PA的输入端DWDM滤波器，则前置光放大器PA的输入端耦合器和DWDM滤波器的顺序不影响标校功能，但是需要将DWDM的另外一个输出端 口通过光纤连接至光功率探测器111，该光功率探测器111可以是一个新增的光功率探测 器，它与前置光放大器PA所原有的输入端光功率探测器是不同的。 [0063] 图2示出了根据本发明的实施例的用于对激光收发装置进行光轴自标校的方法200的流程图。 [0064] 如图2所示，在步骤210中，使用标校控制器，将超前振镜的位置调节至初始位置。该初始位置能够是激光收发装置的出厂设置时的实验室标定值。在实验室环境下，在该初 始位置，发射镜组的光轴、接收镜组的光轴以及跟踪镜组的光轴是彼此对准的。 [0065] 在步骤220中，使用标校控制器，使得超前振镜围绕初始位置进行扫描。也就是说，超前振镜的角度发生变化，该变化围绕初始位置进行。在步骤230中，使用标校控制器，获取来自位置探测器的关于第一测量的第一数据和来自光功率探测器的关于第二测量的第二数据。例如，在扫描的过程中，标校控制器能够记录每个扫描点下的位置探测器109的相机光斑质心读数以及光功率探测器111的功率读数。 [0066] 在步骤240中，使用标校控制器，从第二数据中选择功率目标数据，且将超前振镜的与功率目标数据相对应的状态值作为超前振镜的目标标校值，以及将第一数据中的与功 率目标数据相对应的数据作为位置探测器的跟踪位置目标值。关于第一测量的数据包含位 置探测器的特征值以及超前振镜的状态值（角度）。关于第二测量的第二数据包括光功率探测器的值。超前振镜的目标值为超前振镜的对应功率目标数据的状态值（这个是校正收发 同轴），与功率目标数据关联的特定第一数据为位置探测器的跟踪位置目标值（这个是校正跟踪收发光轴的指向位置），该跟踪位置目标值也可以称为跟瞄点或跟踪点或跟踪位置特 征值。例如，当完成预定范围的扫描后，标校控制器对比所有的光功率探测器读数，选择光功率探测器读数中的相应功率最高的一组数据，记录光功率探测器的功率最高值的对应结 果，该对应结果可以分别作为超前振镜的标校设置和位置探测器的标校特征值（例如，光斑的位置或能量比）。 [0067] 在标校光由后置光放大器提供的情况下，除了将超前振镜的位置调节至初始位置之外，还需要将后置光放大器的输出功率调整至适当的功率，从而使得标校光的功率能够 适合后续的位置探测器和接收光纤。在标校光由标校光激光器提供的情况下，除了将超前 振镜的位置调节至初始位置之外，还需要将校光激光器的输出功率调整至适当的功率，从 而使得标校光的功率能够适合后续的位置探测器和接收光纤。 [0068] 图3示出了用于对根据图1A所示的实施例的激光收发装置进行光轴自标校的方法300的流程图。 [0069] 在开始标校流程后，在步骤310中，标校控制器设置EDFA的后置光放大器BA的输出功率以及超前振镜的位置至预定值。该预定值可以是实验室标定的初始值，在实验室环境 下，在该初始值下，发射镜组的光轴和接收镜组的光轴对准，并且分别与跟踪镜组的光轴对准。但是，随着在轨时受热和受力等影响，这些光轴变得不再对准。 [0070] 在标校过程中，在步骤320中，标校控制器100C控制超前振镜103在预定值附近进行扫描并记录每个扫描点下的位置探测器109的相机光斑质心读数以及光功率探测器111 的读数。 [0071] 当完成预定范围的扫描后，在步骤330，标校控制器100C对比光功率探测器111的所有读数，选择光功率探测器的读数中的对应读数最高的一组数据。在步骤340中，记录探测器的功率最高值的对应结果，分别记录为超前振镜103对应设置和位置探测器109特征 值。在步骤350中，标校控制器100C将超前振镜对应设置设置为超前振镜默认设置，将位置探测器特征值设置为跟瞄点或跟踪点或跟踪位置特征值，此时光轴自标校完成。 [0072] 图4示出了用于对根据图1B所示的实施例的激光收发装置进行光轴自标校的方法400的流程图。 [0073] 在开始标校流程后，在步骤420中，标校控制器100C控制后置光放大器BA关闭，并设置标校激光器116以及超前振镜103至预定值。在步骤420中，标校控制器100C控制超前振镜103在预定值附近进行扫描并记录每个扫描点下的相机光斑质心读数以及光功率探测器 的读数。 [0074] 在步骤430中，当完成预定范围的扫描后，标校控制器100C对比所有的探测器读数，选择探测器读数对应功率最高的一组数据。在步骤440中，记录探测器功率最高值对应结果，将其分别记录为超前振镜对应设置和位置探测器特征值。在步骤450中，标校控制器 100C将超前振镜对应设置设置为超前振镜默认设置，将位置探测器特征值设置为跟瞄点或 跟踪点或跟踪位置特征值，此时光轴自标校完成。 [0075] 图5示出了可以用来实施本发明的实施例的示例设备500的示意性框图。该示例设备500可以是如图1A和1B所示的标校控制器100C的实施例。如图所示，设备500包括计算单 元501，其可以根据存储在只读存储器（ROM）502中的计算机程序指令或者从存储单元508加载到随机访问存储器（RAM）503中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还可存储设备500操作所需的各种程序和数据。计算单元501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出（I/O）接口505也连接至总线504。 [0076] 设备500中的多个部件连接至I/O接口505，例如可以包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许设备 500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。 [0077] 计算单元501可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元501的一些示例包括但不限于中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、各种专用的人工智能（AI）计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器（DSP）、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元501执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法200至400。例如，在一些实施例中，方法200至400可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 502和/或通信单元509而被载入和/或安装到设备500上。当计算机程 序加载到RAM 503并由计算单元501执行时，可以执行上文描述的方法200至400的一个或多 个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元501可以通过其他任何适当的方式（例如，借助于固件）而被配置为执行方法200至400。 [0078] 本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、芯片上系统的系统（SOC）、负载可编程逻辑设备（CPLD）等等。 [0079] 用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处 理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的 功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。 [0080] 在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电 子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计 算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或快闪存储器）、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器（CD‑ROM）、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取 得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本发明的范围的限制。在单独的 实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现 的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现 中。 [0081] 尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上 面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。 |
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