[发明专利]波面差动干涉空间光解调器

说明书

技术领域

本发明涉及空间激光通信，特别是一种波面差动干涉空间光解调器，是一种差分相移键控(以下简称为DPSK)信号自由空间光解调器，由块状偏振分束器件、合束器件、反射镜、两组光瞳成像透镜组成光瞳匹配式时间差分干涉仪。用于空间激光通信接收机中的光信号解调，输出的数据光信号用于平衡探测，输出的位置光信号用于精跟踪。

背景技术

空间激光通信中，通过大气信道时，激光传输受到湍流等因素的影响，波面质量下降。克服大气湍流等因素的影响，主要有减小接收口径，自适应光学波前校正，DPSK调制信号自差动接收等方法。其中DPSK调制自差动接收不需要本振信号，结构简单，是未来重要发展方向。

在先技术[1](参见High-data-rate systems for space applications，Proc.SPIE，Vol.2381，38，1995)中所描述的星地激光通信中采用DPSK调制，接收机采用光纤放大和光纤型马赫曾德尔干涉仪解调，平衡接收，灵敏度比开关键控(OOK)调制直接探测方法高3dB。但是大气扰动下的波面质量下降，光纤耦合效率降低，严重影响灵敏度，使DPSK这种调制方式抗扰动的能力得不到充分利用。

同时在空间激光通信系统中，需要探测对方终端的空间位置，利用光电位置探测器测量光信号与接收望远镜的离轴量，用来进行光学精跟踪，光纤耦合的方式，使信号位置信息无法探测。因此自由空间结构的光解调器是解决以上问题的有效方法，信号波面质量对其影响小，同时保留信号的位置信息。在先技术[1]中输出信号无位置信息，不能用于精跟踪。在先技术[2](参见Adaptive optics and ESA’soptical ground station，Proc.SPIE，Vol.7464，746406，2009)中所描述的DPSK解调采用自由空间结构的马赫曾德尔干涉仪或迈克尔逊干涉仪，但是没有提供信号位置探测，不能利用它进行精跟踪。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述已有技术困难，提供一种波面差动干涉空间光解调器，该空间光解调器可用于空间激光通信DPSK信号解调和提供精跟踪用的信号位置信息。

本发明的技术解决方案如下。

一种波面差动干涉空间光解调器，特点在于其构成包括第一偏振分束器，该第一偏振分束器的偏振分束面与入射的圆偏振光的前进方向呈45°，该第一偏振分束器将所述的入射的圆偏振光分为偏振面相互垂直的反射光和透射光，在该第一偏振分束器的透射光方向依次是位相精密控制器、光瞳成像短焦透镜组、第一二分之一波片、第二偏振分束器构成第一光路，所述的第二偏振分束器的偏振分束面与所述的第一偏振分束器的偏振分束面相互垂直，所述的第一偏振分束器输出的反射光依次经第一反射镜、光瞳成像长焦透镜组、第二反射镜、第二二分之一波片进入所述的第二偏振分束器构成第二光路，所述的第一二分之一波片和第二二分之一波片的光轴方向与入射光偏振方向成22.5度，在第一光路的透射方向设置第二非偏振分束器，所述的第二非偏振分束器的分束面与所述的第二偏振分束器的偏振分束面平行；在该第二光路的透射光方向设置第一非偏振分束器，该第一非偏振分束器的分束面与所述的第二偏振分束器的偏振分束面平行；在所述的第一非偏振分束器的透射光方向和反射光方向分别设置第一光电探测器和第二位置探测器，在所述的第二非偏振分束器的反射光方向和透射光方向分别设置第二光电转换器和第一位置探测器；所述的光瞳成像长焦透镜组为共焦透镜组，由两块相同焦距为f₁的透镜组成，间距为2倍焦距2f₁，所述的光瞳成像短焦透镜组为共焦透镜组，由两块相同焦距为f2的透镜组成，间距为2倍焦距2f₂，两组透镜组的入瞳位置与第一偏振分束器的偏振分束面重合，两组透镜组的出瞳位置与第二偏振分束器的分束面重合，入瞳的物距和出瞳的像距均为1倍焦距，

所述的第一位置探测器和第二位置探测器为象限型探测器或像元型探测器。

所述的第一光电转换器和第二光电转换器为高灵敏度光电管。

所述的光瞳成像长焦透镜组为共焦变焦透镜组，所述的第一反射镜、光瞳成像长焦透镜组和第二反射镜置于一块平台上，该平台下设导轨，以供该平台沿垂直于所述的第一光路方向精密移动，精度微米量级。

本发明的工作原理如下：