[发明专利]高混频效率的空间光90°混频器

说明书

技术领域

本发明涉及一种自由空间激光通信装置，具体涉及一种高混频效率的空间光90°混频器，属于无线通信技术领域。

背景技术

激光无线通信因具有通信容量大、传输速率高、保密性好、抗电磁干扰能力强、重量轻、体积小、功耗低等优点，在无线通信领域中是十分重要的通信方式，将在星地及星间高速无线通信的领域，对通信内容的安全保密性要求较高的场合(比如政府、军事部门、安全部门)，或者有强电磁干扰的场所(如战场)等诸多场合中具有潜在的应用前景。

相干激光通信以其高灵敏度、丰富的调制方式、抗干扰能力强等优势，是未来远距离高速率的空间激光通信最佳途径。其中2×4的空间光90°混频器是影响零差相干激光通信灵敏度的核心器件，其基本作用是将信号光和本振光的波前进行精确合成，产生相干混频，如图1所示，然后输出两束光的中频信号进入后端的探测器及相应的信号处理电路进行处理。

空间光90°混频器性能在实际应用中将受到大量因素影响，其中包括大气湍流误差、跟踪误差、信号光与本振光偏振态匹配程度、信号光与本振光形态匹配程度等。而传统的空间光90°混频器设计主要考虑空间混频的复杂程度、装调难易度等因素，其设计状态只是适用于实验室理想平台。而实际过程中大量因素将严重影响空间光混频器的性能，乃至使得空间光90°混频器混频效率为零，从而使得相干激光通信中断。因此高混频效率、具有环境适应性、低成本的空间光90°混频器的设计是很有必要的。

中国专利申请号为“201410363768.5”，发明名称为“一种自由空间90°光混频器”，该装置采用改进型横向剪切干涉仪解决背景技术中平衡接收器两路光路难以精确控制、体积受限和四路输出光程差难以控制的问题。装置结构紧凑，简单易行，可应用于自由空间激光通信相干接收领域。不过该发明仅考虑理想状态下的空间光混频情况，而在实际应用中该发明的混频效率将受到严重恶化，无法适应实际应用中未来通信等领域发展。

文献(相干光检测系统中的偏振控制，李铁，柯熙政，谌娟等，红外与激光工程，2012，V41(11)，P3069-3074)给出传统相干接收中的偏振控制结构，该结构需要根据信号光的偏振态检测结果来调节本振光达到信号光和本振光偏振态一致的目的(偏振态一致，混频效率最高)。不过该装置存在以下缺陷：1)装置针对外差相干通信系统设计，在零差相干通信中采用该装置需要对信号光分光从而降低了相干接收的灵敏度。2)装置中3dB耦合器、偏振控制器均采用光纤器件，光信号均在光纤中进行。而微弱信号光为空间光，需要进一步耦合到单模光纤进行偏振控制，而在大气激光通信中空间光耦合到单模光纤中衰减较大。3)装置中使用了复杂偏振控制器，增加算法和硬件的复杂度，参考文献“Polarizationmeasurementsthroughspacetogroundatmosphericpropagationpathsbyusingahighlypolarizedlasersourceinspace,Opticsexpress,2009,17(25):22333-22340”可知，实际应用中信号光多采用抗大气湍流能力强的圆偏振光，激光通信大气传输实验中圆偏振态基本不变，转换为线偏振光进行混频时，仅偏振角度发生改变，针对此规律可简化装置。

发明内容

本发明为解决现有的空间光90°混频器环境适应性差，本振光与信号光光斑不匹配、偏振角度不匹配引起混频效率低，微弱信号光偏振态检测和控制难，整体结构复杂的问题，提出了一种高混频效率的空间光90°混频器。

本发明采取以下技术方案：

高混频效率的空间光90°混频器，其特征是，

入射空间信号光中心对准第三四分之一波片和第一非偏振分束镜下侧面右部中心，电控偏振器通光口径中心对准第一非偏振分束镜下侧面左部中心；

第一平行平板和第二平行平板分别与第一非偏振分束镜上侧面右部中心和右侧面上部中心对准并紧贴；第一四分之一波片和第二四分之一波片中心分别与第一非偏振分束镜上侧面左部中心和右侧面下部中心对准；

第二非偏振分束镜和第三非偏振分束镜分别与第一平行平板和第二平行平板光轴对准并紧贴；

第一直角反射棱镜和第三直角反射棱镜的直角面分别与第一四分之一波片和第二四分之一波片光轴对准；第一直角反射棱镜和第三直角反射棱镜的另外一个直角面分别与第二非偏振分束镜和第三非偏振分束镜光轴对准并紧贴；第一偏振分束镜和第二偏振分束镜分别与第二非偏振分束镜和第三非偏振分束镜右侧面及上侧面光轴对准并紧贴；