[发明专利]一种基于多元组合旋转抛物面面型结构的一点对多点激光通信装置

摘要

本发明提出一种基于多元组合旋转抛物面面型结构的一点对多点激光通信装置，属于空间激光通信技术领域。该装置采用特殊构造的反射体，实现对激光光束的反射，利用高截止滤波片作为分光镜，同时抑制背景光干扰和通信光束间的相互干扰，提高信噪比，降低通信误码率。此装置不需要APT系统，结构简单，成本低。该装置能够实现在水平方向全周、俯仰方向在设计视场角内的一点对多点的激光通信。

主权项

一种基于多元组合旋转抛物面面型结构的一点对多点激光通信装置，其特征在于，该装置是由反射体(1)、激光发射接收单元(2)组成；反射体(1)、激光发射接收单元(2)自上而下依次排列；激光发射接收单元(2)由N-1个分光镜、N个光学系统、N个探测器和N个激光发射器组成，其中N为正整数；激光发射接收单元(2)中的第一个分光镜放置在反射体(1)的反射光路上，激光发射接收单元(2)中的其余分光镜依次放置在前一个分光镜的反射光路上；在每个分光镜的透射光路上依次放置与此分光镜的透射光波长相应的一个光学系统和一个探测器；在第N-1个分光镜的反射光路上放置剩下的一个光学系统和一个探测器；与本装置进行激光通信的是N个激光发射接收装置，这N个激光发射接收装置所发射激光光束的中心波长依次为λ1，λ2，…，λN，每条光束的波长带宽不大于±3nm，不同中心波长的间隔大于6nm；所述的N个激光发射接收装置所接收激光光束的中心波长依次为λ2，…，λN，λ1；反射体(1)是通过对旋转抛物面的面型结构进行改进来构造的，其构造原理是基于当入射光线射向旋转抛物面的焦点时，反射光线为沿旋转抛物面的旋转轴平行的光线这一特性；设N个激光发射接收装置分布在预先设定的M个轨道范围内，所述的M为正整数；将旋转抛物面的焦点与每条轨道范围的中心线上的一点相连，过每条连线与旋转抛物面的交点做旋转抛物面的切平面，将每个切平面绕旋转抛物面的旋转轴旋转360度，构造出由M个锥面形成的反射体(1)；对i从1到N-1，激光发射接收单元(2)中的第i个分光镜为高截止滤波片，设计为对中心波长为λi的激光光束高透射，其透射率大于95％，波长带宽范围不大于±3nm，对其余波长的激光光束高反射，其反射率大于 99.8％；对i从1到N-1，激光发射接收单元(2)中的第i个光学系统将第i个分光镜透射的光束会聚到第i个探测器实现激光信号接收；激光发射接收单元(2)中的第N个光学系统将第N-1个分光镜反射的光束会聚到第i个探测器实现激光信号接收；对i从1到N，激光发射接收单元(2)中的第i个激光发射器发射中心波长为λi的激光光束，实现激光信号发射；所述的与本装置通信的N个激光发射装置所发射的激光光束都指向旋转抛物面的焦点，入射到反射体(1)，经反射体(1)反射后，在设计视场角内的反射光束入射到激光发射接收单元(2)；对i从1到N-1，当中心波长为λi的激光光束入射到激光发射接收单元(2)后，经激光发射接收单元(2)中的第1到第i-1个分光镜依次反射，被第i个分光镜透射；经透射光路上的第i个光学系统会聚后，被第i个探测器接收；当中心波长为λN的激光光束入射到激光发射接收单元(2)后，经激光发射接收单元(2)中的第1到第N-1个分光镜依次反射，经第N-1个分光镜的反射光路上的第N个光学系统会聚后，被第N个探测器接收；这样就实现了一点对多点的激光通信接收；对i从1到N-2，当第i个探测器接收到中心波长为λi的激光光束时，通过此光束在第i个分光镜上的入射点计算出此光束经第i个分光镜反射后入射第i+1个分光镜的入射光路，在此入射光路经第i+1个分光镜的透射光路上放置发射激光的中心波长为λi+1、波长带宽不大于±3nm的第i+1个激光发射器，此激光发射器发射激光光束，经第i+1个分光镜透射，再依次经第i到第1个分光镜反射后，入射到反射体(1)，经反射体(1)反射后，沿中心波长为λi的入射光束的光路逆向入射到与本装置通信的第i个激光发射接收装置；当i＝N-1时，根据第N-1个探测器接收到的中心波长为λN-1的激光光束在第N-1个分光镜上的入射点计算出此光束经第N-1个分光镜反射后的反射光路，在此反射光路上放置发射激光的中心波长为λN波长带宽不大于±3nm的第N个激光发射器，此激光发射器发射激光光束，依次经第N-1到第1个分光镜反射后，入射到反射体(1)，经反射体(1)反射后，沿中心波长为λN-1的入射光束的光路逆向入射到与本装置通信的第N-1个激光发射接收装置；当i＝N时，根据第N个探测器接收到的中心波长为λN的激光光束计算出此光束入射第1个分光镜的入射光路，在此入射光路经第1个分光镜的透射光路上放置发射激光的中心波长为λ1、波长带宽不大于±3nm的第1个激光发射器，此激光发射器发射激光光束，入射到反射体(1)，经反射体(1)反射后，沿中心波长为λN的入射光束的光路逆向入射到与本装置通信的第N个激光发射接收装置；这样就实现了一点对多点的激光通信发射。