[发明专利]基于MEMS光束控制的小卫星平台激光通信终端

说明书

本发明提供一种基于MEMS光束控制的小卫星平台激光通信终端。本发明包括信号发射光路和信号接收光路，信号发射光路包括激光模块，激光模块发射的信号光束通过光纤发送至光放大器，经过光放大器进行功率放大的光信号通过光纤输出，经透镜组A整形为平行光束，再由经分光镜、MEMS摆镜和扩束镜头发射出终端，利用MEMS摆镜实现信号光束发射角度的二维偏转；信号接收光路包括分束镜，分束镜将接收到的信号光分成两部分，一部分由透镜组B聚焦耦合接收到激光模块的多模光纤中，另一部分由透镜组C聚焦成像接收到QD探测器上。本发明克服了现有激光通信终端存在的功耗大、热耗大和成本高等问题。

技术领域

本发明涉及一种基于MEMS光束控制的小卫星平台激光通信终端，属于光学设备技术领域。

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。

目前的卫星激光通信终端一般重量在10kg至50kg量级，功耗100W左右，无法应用到小卫星平台。美国和日本提出了适用于小卫星平台的激光通信终端概念，一般要求终端体积1U以内，重量1kg以内，功耗不大于10W。小卫星平台激光通信终端通过卫星平台进行粗跟踪，利用自身的瞄准装置进行扫描捕获和精跟踪，通信数据率10-100Mbps，可用于星间/星地通信、遥感数据和测控数据传输等。小卫星平台激光通信终端除了具有体积小、重量轻、功耗低和造价低的优点外，还具有无需频段申请的独特优点，将是未来国内外卫星大范围组网通信的核心手段之一。

在现有的激光通信终端中，一般采用压电陶瓷或音圈电机驱动反射镜偏转实现激光收发光束的扫描和跟踪，主要存在以下技术问题：（1）终端功耗过大，一般在20W至30W，无法满足小卫星平台对激光通信终端的功耗限制要求；（2）终端体积和重量过大，一般在3kg至5kg，很难实现多套终端同时搭载进行通信组网；（3）终端研制和生产成本较高，不利于商用航天大批量推广。

发明内容

本发明针对应用与小卫星平台的激光通信技术需求，提出了一种基于MEMS摆镜控制收发光束的激光通信终端，用于替代现有的压电陶瓷或音圈电机驱动反射镜，实现收发光束的扫描和跟踪，克服了现有激光通信终端存在的功耗大、热耗大和成本高等问题。

该终端采用MEMS摆镜实现收发激光光束控制，具有功耗低、体积小、重量轻等优点，适合搭载小卫星平台进行星间或星地激光通信。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

基于MEMS摆镜控制收发光束的激光通信终端，包括信号发射光路和信号接收光路，所述信号发射光路包括激光模块，所述激光模块发射的信号光束通过光纤发送至光放大器，经过光放大器进行功率放大的光信号通过光纤输出到透镜组A的焦平面处，光纤端口在透镜组A的焦平面处发出的空间光经透镜组A整形为平行光束，再由经分光镜、MEMS摆镜和扩束镜头发射出终端，利用MEMS摆镜实现信号光束发射角度的二维偏转；

所述信号接收光路包括分束镜，所述分束镜将接收到的信号光分成两部分，一部分由透镜组B聚焦耦合接收到激光模块的多模光纤中，另一部分由透镜组C聚焦成像接收到QD探测器上。

所述的基于MEMS摆镜控制收发光束的激光通信终端，还包括与所述激光模块连接的上位控制器，所述上位控制器用于与卫星平台进行管理数据通信，根据接收到的遥控指令，对激光通信终端进行各个工作模式的时序控制，包括瞄准、捕获、跟踪和通信，同时将终端运行模式状态通过遥测信息发送给卫星平台。

所述的基于MEMS摆镜控制收发光束的激光通信终端，还包括一个机械壳体，所述机械壳体分为三层，其中：最上面的光机模块层由透镜组A、分光镜、MEMS摆镜、扩束镜头、分束镜、透镜组B、透镜组C和QD探测器组成；中间的主控板模块层由激光模块、上位控制器组成；最下面的EDFA模块由光放大器及配套电源组成。