阅读说明：本技术 基于多平面光转换的少模模式转换放大的通信接收装置 (Communication receiving device based on few-mode conversion amplification of multi-plane optical conversion ) 是由 张鹏 郭代芳 宫喜宇 程欣 佟首峰 姜会林 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：基于多平面光转换的模式转换放大的接收装置,属于自由空间激光通信技术领域,为解决现有技术存在的问题,该装置信号源、电信号驱动器与光调制器依次连接,窄线宽激光器、光调制器、光功率放大器、发射天线依次通过单模光纤连接,发射天线过大气湍流与接收天线信,接收天线、光纤传像束和准直器一依次通过光纤连接,光纤准直器一出射光轴以小于法线夹角5°的方式对准空间光调制器,空间光调制器和平面反射镜行放置,准直器二射光轴以小于法线夹角5°的方式对准空间光调制器,准直器二、多芯少模光纤一多芯少模光纤前置光放大器、多芯少模光纤二与多个探测器依次通过光纤连接,多个探测器、多个数模转换器与数模转换器依次通过电缆连接。(A receiving device based on mode conversion amplification of multi-plane optical conversion belongs to the technical field of free space laser communication and aims to solve the problems in the prior art, a signal source of the device, an electric signal driver and an optical modulator are sequentially connected, a narrow-linewidth laser, the optical modulator, an optical power amplifier and a transmitting antenna are sequentially connected through a single-mode optical fiber, the transmitting antenna passes through atmospheric turbulence and receives antenna signals, the receiving antenna, an optical fiber image transmission beam and a collimator are sequentially connected through the optical fiber, an emergent light axis of a first optical fiber collimator is aligned to the spatial optical modulator in a mode of being smaller than a normal included angle by 5 degrees, the spatial optical modulator and a plane reflector are arranged in parallel, a secondary light axis of a second collimator is aligned to the spatial optical modulator in a mode of being smaller than the normal included angle by 5 degrees, a second collimator, a multi-core and few-mode optical fiber one-core optical fiber prepositive optical amplifier, a multi-core and few-mode optical fiber two and a plurality of detectors are sequentially connected through the optical fiber, the detectors, the digital-to-analog converters and the digital-to-analog converters are sequentially connected through cables.)

基于多平面光转换的少模模式转换放大的通信接收装置

技术领域

本发明属于自由空间激光通信技术领域，具体涉及一种基于多平面光转换的模式转换放大的接收装置。

背景技术

自由空间激光通信是利用激光作为载波在空间中实现通信的一种技术手段，与传统微波通信相比，具有传输速率快、通信容量大、抗电磁干扰性能强、保密性高等优点，且其通信终端体积小、功耗低、实用性极高，近年来逐渐成为光通信领域的研究热点。空间激光通信技术的发展和突破对增强空间信息传输的实时性、安全性以及未来深空探测意义重大。

现有的自由空间激光通信系统中，在接收端的输入模块采用光纤接收激光光束。但是，我们在实际大气激光通信接收过程中，经常会有较大弥散光斑(～100μm量级)，导致系统耦合效率极低，接收光功率微弱乃至通信中断。同时耦合过程中大气湍流将引起光强闪烁，也将导致耦合进光纤的能量产生时变抖动，这将打断通信的连续性。然而，用传统方法解决较大弥散光斑，效果并不理想。为此，进一步研究空间光到光纤耦合问题(特别是针对较大弥散光斑)是非常有意义的。

中国专利申请号为“201920621887.4”，名称为“基于光纤耦合的空间光通信多孔径接收装置”，该系统提出了一种空间光通信多孔径接收装置，空间光通信多孔径接收装置包括：空间光学接收系统、多根空间光耦合光纤和光电信号处理系统。如图1所示。空间光通信多孔径接收装置，能够大大降低大气湍流对空间光通信系统的影响，降低通信误码率。不过该系统经过大气湍流的弥散光斑耦合效率低，系统结构过于复杂，不能进行模式的转换，且无法适应超高速空间自由光通信的要求。

发明内容

本发明为解决现有空间激光通信传输系统空间光接收耦合效率低、接收光功率抖动和微弱的问题，提出了一种基于多平面光转换的模式转换放大的接收装置。

本发明解决技术问题的技术方案为：

基于多平面光转换的模式转换放大的接收装置，该装置包括窄线宽激光器、信号源、电信号驱动器、光调制器、光功率放大器、发射天线、接收天线、光纤传像束、准直器一空间光调制器、平面反射镜准直器二、多芯少模光纤一、多芯少模光纤前置光放大器、多芯少模光纤二、多个探测器、多个数模转换器和数字信号处理器；

所述信号源、电信号驱动器与光调制器依次通过电缆连接，窄线宽激光器、光调制器、光功率放大器、发射天线依次通过单模光纤连接，发射天线过大气湍流与接收天线信，接收天线、光纤传像束和准直器一依次通过光纤连接，光纤准直器一出射光轴以小于法线夹角5°的方式对准空间光调制器，空间光调制器和平面反射镜行放置，准直器二射光轴以小于法线夹角5°的方式对准空间光调制器，准直器二、多芯少模光纤一多芯少模光纤前置光放大器、多芯少模光纤二与多个探测器依次通过光纤连接，多个探测器、多个数模转换器与数模转换器依次通过电缆连接。

本发明的有益效果是：

1)本发明利用百微米级别光纤传像束接收信号，与弥散光斑大小接近，提高对弥散光斑的接收效率，同时降低了大气湍流引起耦合光强抖动，避免了通信连续中断。

2)光纤传像束的基础上，利用多平面光转换器，实现对弥散光斑的模式采样、转换和归类，而后利用少模放大器将信号放大，提高了信号的增益。本发明在激光通信等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为现有技术一种空间光通信多孔径接收装置的示意图。

图2为本发明基于多平面光转换的少模模式转换放大的通信接收装置

示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图2所示，基于多平面光转换的模式转换放大的接收装置，该装置包括窄线宽激光器1、信号源2、电信号驱动器3、光调制器4、光功率放大器5、发射天线6、接收天线7、光纤传像束8、准直器一9、空间光调制器10、平面反射镜11、准直器二12、多芯少模光纤一13、多芯少模光纤前置光放大器14、多芯少模光纤二15、多个探测器16、多个数模转换器17和数字信号处理器18。

信号源2、电信号驱动器3与光调制器4依次通过电缆连接，窄线宽激光器1、光调制器4、光功率放大器5、发射天线6依次通过单模光纤连接，发射天线6经过大气湍流与接收天线7通信，接收天线7、光纤传像束8和准直器一9依次通过光纤连接，光纤准直器一9出射光轴以小于法线夹角5°的方式对准空间光调制器10，空间光调制器10和平面反射镜11平行放置，准直器二12入射光轴以小于法线夹角5°的方式对准空间光调制器10，准直器二12、多芯少模光纤一13、多芯少模光纤前置光放大器14、多芯少模光纤二15与多个探测器16依次通过光纤连接，多个探测器16、多个数模转换器17与数模转换器18依次通过电缆连接。

所述光纤传像束8用于接收较大弥散信号光斑(百微米级别)，提高接收效率。

所述空间光调制器10为反射式液晶空间光调制器，用于实现对信号光的相位转换。

所述空间光调制器10和平面反射镜11组成多平面光转换的组件，可实现对弥散光斑的模式采样及复用。

所述多芯少模前置放大器14，支持模式数与多芯少模光纤一13和多芯少模光纤二15匹配。

本发明的工作过程如下：

信号源2发出的数字信号经过电信号驱动器3得到放大后的电信号，电信号经光调制器4，将数字电信号以二进制的形式被调制到由信号激光器1产生光载波上，再经光功率放大器5放大，放大后的信号光经过发射天线6发射出去，经过大气湍流，畸变的信号光被接收天线7接收，然后耦合进光纤传像束8，再经过准直器一9，入射到由空间光调制器10和平面反射镜11构成的多平面光转换器中，经过多次反射，完成弥散光斑的采样及复用，模式转换成多个少模光斑，经过模式转换的少模光斑进入准直器二12，光经过准直器二12出射后进入少模多芯光纤一13，再经过多芯少模光纤前置光放大器14进行信号的放大，然后经过少模多芯光纤二15进入多个探测器16，将各路光信号转换成电信号，然后各路电信号经过多个模电转换器17，将各路模拟信号转换成数字信号，最后经过数字信号处理器18进行数字信号处理。

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。