矫正光学逆向调制中波前畸变的装置及矫正方法

摘要

本发明公开了矫正光学逆向调制中波前畸变的装置，包括通过光路连接的主动端和被动端；本发明还公开了利用上述装置矫正光学逆向调制中波前畸变的方法，被动端的凸透镜接收到波前畸变光束，将光束聚焦到受激布里渊散射池，光束与受激布里渊散射池中的液体介质相互作用后产生畸变光束的反向共轭光，调制信号加载到反向共轭光的光强上，反向共轭光在沿原光路返回过程中，相位共轭畸变就能与波前畸变相互抵消，使波前相位恢复成初始状态，从而实现光学逆向调制中波前畸变的补偿。本发明矫正光学逆向调制中波前畸变的装置及矫正方法，解决了逆向调制激光通信中由于大气效应的影响而产生的波前畸变问题。

说明书

技术领域

本发明属于无线激光通信技术领域，涉及一种矫正光学逆向调制中波前畸变的装置,本发明还涉及利用上述装置矫正光学逆向调制中波前畸变的方法。

背景技术

逆向调制激光通信是一种新型的自由空间光通信技术，相对于传统的无线激光通信系统,逆向调制激光通信系统具有无需对发射端进行精确定位,方向性强、反应速度快、结构简单、视场角大等优点，因此得到广泛应用。

然而，在逆向调制激光通信系统中，激光在自由信道传输的过程中，由于受到各种大气效应(湍流、热晕、散射)的影响，使得激光能量损耗，传输方向扭曲，激光波前产生畸变导致传递信号失真，这严重制约了激光在逆向调制通信系统中的应用。

现有的专利和文献，采用自适应光学系统矫正大气效应影响的较多，但是自适应光学系统需要有波前探测系统和波前矫正系统，结构复杂，成本高，不利用工业应用。因此需要寻求新的方法来解决激光在逆向调制过程中由于波前畸变引起的信号失真问题，提高信息传输的有效性和准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种矫正光学逆向调制中波前畸变的装置，解决逆向调制激光通信中由于大气效应的影响而产生的波前畸变问题。

本发明的另一目的在于提供利用上述装置矫正光学逆向调制中波前畸变的方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，矫正光学逆向调制中波前畸变的装置，包括主动端和被动端；

主动端，包括Nd:YAG激光器和设置于Nd:YAG激光器出射端的偏振片；还包括靠近Nd:YAG激光器设置的光电探测器，光电探测器依次与FPGA解调板、计算机A连接；

被动端，包括凸透镜，凸透镜的左右两侧分别设置有电光调制器EOM和受激布里渊散射池；电光调制器EOM依次与FPGA调制板、计算机B连接；受激布里渊散射池中填充有液体介质FC-72；

Nd:YAG激光器和偏振片的中心连线与光电探测器和电光调制器EOM的中心连线平行，且两条中心连线的延长线均穿过凸透镜；偏振片和凸透镜通过光路连接，电光调制器EOM和光电探测器通过光路连接。

本发明所采用的第一种技术方案的特点还在于：

Nd:YAG激光器的出射光斑直径为2mm～4mm。

凸透镜的焦距为5cm～20cm。

受激布里渊散射池的内腔为聚四氟乙烯圆柱腔。

本发明所采用的第二种技术方案是，利用上述装置矫正光学逆向调制中波前畸变的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：由Nd:YAG激光器发射光束进入偏振片，偏振片使光束变为垂直偏振光，在自由空间信道中传输到达凸透镜；

步骤2：经步骤1后，由凸透镜将发射来的光束聚焦到受激布里渊散射池，在受激布里渊散射池中光束与液体介质FC-72相互作用发生非线性效应产生受激布里渊散射相位共轭光；

步骤3：计算机B串口发送数据，将数据送入FPGA调制板中对信号进行处理，将调制信号加载到电光调制器EOM的两端，同时将步骤2产生的受激布里渊散射相位共轭光通过凸透镜到达电光调制器EOM，受激布里渊散射相位共轭光的光强会发生变化，调制信号加载在受激布里渊散射相位共轭光的光强上；

步骤4：将经步骤3处理后的受激布里渊散射相位共轭光沿原光路返回到光电探测器，光电探测器接收光信号并将其转化为电信号，再经过FPGA解调板的解调，还原为调制端所反馈的信息，通过计算机A输出。

本发明的有益效果在于：

(1)将非线性相位共轭技术应用到逆向调制激光通信系统中，可以补偿激光在逆向调制过程中由于大气效应(湍流、热晕、散射)的影响而产生的波前畸变问题，提高信息传输效率；

(2)本发明相对于自适应光学系统无波前探测系统，结构简单，成本低，更有利于将逆向调制系统实用化和市场化；

(3)本发明解决了激光在逆向调制过程中由于波前畸变引起的信号失真的技术问题，提高信息传输的有效性和准确性。

附图说明

图1是本发明矫正光学逆向调制中波前畸变的装置的结构示意图。

图中，1.Nd:YAG激光器，2.偏振片，3.凸透镜，4.受激布里渊散射池，5.电光调制器EOM，6.FPGA调制板，7.计算机B，8.光电探测器，9.FPGA解调板，10.计算机A，11.液体介质FC-72，12.主动端，13.被动端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明矫正光学逆向调制中波前畸变的装置，如图1所示，包括通过光路连接的主动端12和被动端13；

主动端12，包括Nd:YAG激光器1、和设置于Nd:YAG激光器1出射端的偏振片2，Nd:YAG激光器1和偏振片2之间通过光路连接；还包括靠近Nd:YAG激光器1设置的光电探测器8，光电探测器8通过电器连接线依次与FPGA解调板9、计算机A 10连接；

被动端13，包括凸透镜3，凸透镜3的左右两侧分别设置有电光调制器EOM 5和受激布里渊散射池4，且受激布里渊散射池4、凸透镜3以及电光调制器EOM 5依次通过光路连接；电光调制器EOM 5通过电器连接线依次与FPGA调制板6、计算机B 7连接；其中受激布里渊散射池4中填充有液体介质FC-72 11；

Nd:YAG激光器1和偏振片2的中心连线与光电探测器8和电光调制器EOM 5的中心连线平行，且两条中心连线的延长线均穿过凸透镜3；偏振片2和凸透镜3通过光路连接，电光调制器EOM 5和光电探测器8通过光路连接。

本发明矫正光学逆向调制中波前畸变的装置中：

Nd:YAG激光器1的出射光斑直径为2mm～4mm。

凸透镜3的焦距为5cm～20cm。

受激布里渊散射池4的内腔为聚四氟乙烯圆柱腔。

Nd:YAG激光器1的出射光斑直径越小，光束在受激布里渊散射池4中与液体介质FC-72 11发生非线性光学效应的效果越好；凸透镜3的焦距越短，从受激布里渊散射池4中反射回的受激布里渊散射相位共轭光的能量越大。

利用上述装置矫正光学逆向调制中波前畸变的方法的具体步骤如下：

步骤1：由Nd:YAG激光器1发射光束进入偏振片2，偏振片2使光束变为垂直偏振光，在自由空间信道中传输到达凸透镜3；

步骤2：经步骤1后，由凸透镜3将发射来的光束聚焦到受激布里渊散射池4，在受激布里渊散射池4中光束与液体介质FC-72 11相互作用发生非线性效应产生受激布里渊散射相位共轭光；

步骤3：计算机B 7串口发送数据，将数据送入FPGA调制板6中对信号进行处理，将调制信号加载到电光调制器EOM 5的两端，同时将步骤2产生的受激布里渊散射相位共轭光通过凸透镜3到达电光调制器EOM 5，受激布里渊散射相位共轭光的光强会发生变化，调制信号加载在受激布里渊散射相位共轭光的光强上；

步骤4：将经步骤3处理后的受激布里渊散射相位共轭光沿原光路返回到光电探测器8，光电探测器8接收光信号并将其转化为电信号，再经过FPGA解调板9的解调，还原为调制端所反馈的信息，通过计算机A 10输出。

通过上述步骤，整个逆向调制光通信过程得以实现，实现了信息传递，并且补偿了逆向调制系统中的光束的波前畸变。

本发明一种矫正光学逆向调制中波前畸变的装置及方法，其工作原理为：光束由主动端12向被动端13发射的过程中，大气信道中的湍流会引起光束的波前畸变，在被动端13将波前畸变光束通过凸透镜聚焦到受激布里渊散射池4中，光与受激布里渊散射池4中的介质相互作用后产生畸变光束的反向共轭光。当反向共轭光沿原光路再次返回大气信道时，相位共轭畸变就能与波前畸变信息相互抵消，使波前相位恢复成初始状态，从而实现了波前畸变的补偿。

本发明矫正光学逆向调制中波前畸变的装置及方法，相对于传统的自适用光学系统矫正波前畸变的方法，它不仅能很好的解决光学逆向调制中波前畸变问题，而且它无波前探测系统，结构简单，成本低，更有利于将逆向调制系统实用化和市场化。