[发明专利]一种自由空间时频基准传输光束漂移补偿装置及补偿方法

说明书

本发明公开一种自由空间时频基准传输光束漂移补偿装置及补偿方法，包括初始波前检测模块、相干光传输模块、波前校正模块、径向剪切干涉模块；从激光器输出耦合光束，耦合光束作为相干光传输的初始波前，一束光进入初始波前检测模块，一束光进入光传输模块；初始波前进入初始波前检测模块后，由波前传感器检测初始波前；初始波前通过相干光传输模块，相干光在自由空间链路中传输后进入波前校正模块，由液晶空间光调制器校正波前；校正后的波前进入光功率计和径向剪切干涉模块，由偏振相机接收校正后的波前，根据测量到的波前与初始波前进行比较，同时检测校正后光束的功率，并用液晶空间光调制器进行调制，实现相干光光束漂移的补偿。

技术领域

本发明属于精密仪器光学传感测量领域，尤其涉及基于改进型径向剪切干涉的自由空间时频基准传输光束漂移补偿方法。

背景技术

相干光的时频基准传输在检验相对论、重新定义秒、精密导航等领域都是一项至关重要的技术指标。相干光在自由空间链路传输时会受到大气湍流的影响，造成光束漂移。空间光调制器(SLM)上具有多个液晶单元，可以对多个光束同时进行调制，结合计算机和软件，可以实现对光束漂移的校正。对于校正后光束的波前可以用径向剪切干涉仪(RSI)来检测，其中循环径向剪切干涉仪(CRSI)具有系统稳定性高和抗振动的优点。然而CRSI只能测量平面波前，对于球面波前的测量尚未得到充分讨论。为了实现平面波前和球面波前的测量，我们采用了一种改进型循环径向剪切干涉仪，在循环回路中使用单个透镜，此装置既保留了CRSI稳定性好等优点，还可以检测多种类型的波前。

发明内容

本发明的内容是为了解决相干光在自由空间链路中受到大气湍流的影响，造成光束漂移这一问题。使用液晶空间光调制器进行相干光在自由空间传输后的校正，基于改进型径向剪切干涉结构，利用偏振元件以及接收器产生干涉条纹并实现实时成像，得到光束在自由空间中补偿后的波前，该方法和用夏克-哈特曼波前传感器直接测量初始波前进行性能验证和比较。同时使用光功率计检测光束在校正后的功率，验证相干光经过自由空间后的补偿效果。

为实现本发明的发明目的，本发明提供的技术方案是：

一种自由空间时频基准传输光束漂移补偿装置，包括初始波前检测模块19、相干光传输模块20、波前校正模块21、径向剪切干涉模块22；从激光器输出耦合光束，耦合光束作为相干光传输的初始波前，一束光进入初始波前检测模块19，一束光进入相干光传输模块20；初始波前进入初始波前检测模块19后，由波前传感器2检测初始波前；初始波前通过相干光传输模块20，相干光在自由空间链路中传输后进入波前校正模块21，由液晶空间光调制器8校正波前；校正后的波前进入光功率计11和径向剪切干涉模块22，由偏振相机18接收校正后的波前，根据测量到的波前与初始波前进行比较，并用液晶空间光调制器8进行调制，实现相干光光束漂移的补偿。

所述的初始波前检测模块19包括依次设置的分束器1和波前传感器2，其中，分束器1将一束光传入初始波前检测模块19，相干光的波前映射到波前传感器2的阵列面上，波前传感器2与计算机9相连，它的测量值将作为比较值进行该方法系统的性能评价；被分束器1分开的另一束光进入相干光传输模块20。

所述的相干光传输模块20包括依次设置的扩束器3、第一平面镜4、第二平面镜5、第三平面镜6、望远镜7，由分束器1分出的其中一束光进入相干光传输模块20中，在发射点经过扩束器3准直并扩大，通过平面镜4和平面镜5将光束传输到自由空间链路中，在远距离处使用平面镜6将光束返回到接收点，由望远镜7接收光束。

所述的波前校正模块21包括液晶空间光调制器8和计算机9，经过自由空间链路传输后的光束进入波前校正模块21，由液晶空间光调制器8进行波前的校正，将校正后的波前传入分束器10，一束光通过光功率计11检测光束的功率，用于验证液晶空间光调制器8波前校正的效果，液晶空间光调制器8结合计算机9对光束进行相位校正；另一束光进入径向剪切干涉模块22。