一种大气湍流中光纤耦合效率测试装置

摘要

本发明涉及一种大气湍流中光纤耦合效率测试装置，其特征在于：激光器的发射端对准光束整形装置，激光器发射的光路经过光束整形装置和大气介质后被接收光学系统接收，接收光学系统出射激光对准分光棱镜，分光棱镜分出的两束激光，一束激光对准哈特曼传感器的接收端，另一束激光对准变焦光纤耦合透镜组的接收端，变焦光纤耦合透镜组发射端射出的激光经过光纤传给光功率计接收；哈特曼传感器通过导线与计算机相连，计算机通过导线连接湍流强度测试仪和控制装置，控制装置通过导线与变焦光纤耦合透镜组相连；其能实现大气湍流中光纤耦合效率的测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大气湍流中光纤耦合效率测试装置，属于空间激光通信技术领域。

技术背景

由于自由空间激光通信具有通信容量大、传输速率高，隐蔽性好、抗干扰能力强等优点，因而具有广泛的应用前景。目前，所有激光通信链路中，只有星间激光通信链路可以完全避开大气湍流的影响。湍流会影响到通信系统的各个方面，包括跟踪精度、捕获概率、通信误码率、光纤耦合效率等。因此，开展湍流环境下通信系统性能研究具有重要意义。无湍流时，光纤耦合效率主要受模式匹配、对准偏差、吸收损耗、平台振动、菲尼尔反射等因素影响。有湍流时，光纤耦合效率还受到大气湍流强度、链路距离、天顶角等因素影响，另外，湍流引起传输光的光强闪烁、光束漂移、光斑扩展等效应都会对光纤耦合效率产生影响。因此，开展湍流环境下光纤耦合效率的研究具有重要意义。目前，还没有一套测试系统在完成焦平面光斑测量的同时，也完成耦合效率的测试。同时，对湍流中耦合效率提高方法的研究方面也没有采用通过改变耦合透镜组焦距的方式实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种大气湍流中光纤耦合效率测试装置，其能实现大气湍流中光纤耦合效率的测量。

本发明的技术方案是这样实现的：一种大气湍流中光纤耦合效率测试装置，由激光器、光束整形装置、接收光学系统、分光棱镜、变焦光纤耦合透镜组、光纤、光功率计、控制装置、哈特曼传感器、计算机、湍流强度测试仪组成，其特征在于：激光器的发射端对准光束整形装置，激光器发射的光路经过光束整形装置和大气介质后被接收光学系统接收，接收光学系统出射激光对准分光棱镜，分光棱镜分出的两束激光，一束激光对准哈特曼传感器的接收端，另一束激光对准变焦光纤耦合透镜组的接收端，变焦光纤耦合透镜组发射端射出的激光经过光纤传给光功率计接收；哈特曼传感器通过导线与计算机相连，计算机通过导线连接湍流强度测试仪和控制装置，控制装置通过导线与变焦光纤耦合透镜组相连；

测试步骤如下：

（1）激光器发射激光，激光经过光束整形装置后进入大气介质，激光经过大气介质传输后被接收光学系统所接收；激光通过接收光学系统后达到分光棱镜；激光通过分光棱镜后，出射激光分为两束，一束激光被哈特曼传感器接收，另一束激光被变焦光纤耦合透镜组接收；变焦光纤耦合透镜组出射激光被光纤接收；光纤接收出射激光被光功率计接收；光功率显示当前光纤耦合效率值；

（2）哈特曼传感器对接收到的激光进行成像，并将记录的光斑图像送入计算机，在计算机中完成对成像光斑能量分布与形状分布的分析；

（3）湍流强度测试仪放在大气中记录当时大气湍流强度，并将测量值送入计算机；计算机根据测量的湍流强度值发出控制命令给控制装置；控制装置根据具体控制命令调整变焦光纤耦合透镜组的焦距，使耦合效率达到最大值。

本发明的积极效果是其在完成湍流环境中焦平面光斑能量分布与形状分布测量的同时，也能完成光纤耦合效率的测量，保证了湍流对光纤耦合效率影响因素分析的时效性；同时该装置具有根据测量到的实际湍流强度，通过改变耦合透镜组的焦距，使光纤耦合效率维持在最大值的功能；本装置使分析湍流对耦合效率的影响过程简化，同时通过调整焦距的方式使湍流中光纤耦合效率显著提高。

附图说明

图1为本发明的布置结构图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，一种大气湍流中光纤耦合效率测试装置，由激光器1、光束整形装置2、接收光学系统3、分光棱镜4、变焦光纤耦合透镜组5、光纤6、光功率计7、控制装置8、哈特曼传感器9、计算机10、湍流强度测试仪11组成，其特征在于：激光器1的发射端对准光束整形装置2，激光器1发射的光路经过光束整形装置2和大气介质后被接收光学系统3接收，接收光学系统3出射激光对准分光棱镜4，分光棱镜4分出的两束激光，一束激光对准哈特曼传感器9的接收端，另一束激光对准变焦光纤耦合透镜组5的接收端，变焦光纤耦合透镜组5发射端射出的激光经过光纤6传给光功率计7接收；哈特曼传感器9通过导线与计算机10相连，计算机10通过导线连接湍流强度测试仪11和控制装置8，控制装置8通过导线与变焦光纤耦合透镜组5相连。

激光器选用800nm波段半导体激光器；光束整形选用扩束比为1：1600的光束扩束系统；接收光学系统采用卡塞格林式光学系统；分光棱镜分光比为1：1；哈特曼传感器选用帧频为450fps的shack-Hartmann传感器；光纤采用芯径为10μm单模光纤。

实施例

（1）激光器1发射激光，激光经过光束整形装置2后进入大气介质，激光经过大气介质传输后被接收光学系统3所接收；激光通过接收光学系统3后达到分光棱镜4；激光通过分光棱镜4后，出射激光分为两束，一束激光被哈特曼传感器9接收，另一束激光被变焦光纤耦合透镜组5接收；变焦光纤耦合透镜组5出射激光被光纤6接收；光纤6接收出射激光被光功率计7接收；光功率7显示当前光纤耦合效率值。

（2）哈特曼传感器9对接收到的激光进行成像，并将记录的光斑图像送入计算机10，在计算机10中完成对成像光斑能量分布与形状分布的分析。

（3）湍流强度测试仪11放在大气中记录当时大气湍流强度，并将测量值送入计算机10；计算机10根据测量的湍流强度值发出控制命令给控制装置8；控制装置8根据具体控制命令调整变焦光纤耦合透镜组5的焦距，使耦合效率达到最大值。