專利名稱：激光同源共束相干探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及相干光通信領(lǐng)域，具體涉及一種激光同源共束相干探測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光的問世與聲光技術(shù)的發(fā)展，使得相干光通信得到了快速的發(fā)展。相干光通信因其具有靈敏度高、中繼距離長、選擇性好、多種調(diào)制方式等優(yōu)點，廣泛應用于跨洋通信、沙漠通信、星間通信等民用和軍事領(lǐng)域。在目前的相干光探測系統(tǒng)中，一般采用異源(參見圖I)或同源分光(參見圖2)方式，隨后通過光學透鏡組合將兩路激光整合，并使兩束激光重合后進行同向傳輸，最后再由光電檢測器完成光電信號變換得到電信號。圖I所示異源相干探測方式要求接收端(本地端)光源和發(fā)射端(遠端)光源在頻率和相位上要嚴格匹 配；因此對激光器的頻率穩(wěn)定性要求極高，因而限制了相干光通信與探測應用；圖2所示同源分光相干探測方式雖然是一個激光器，但采用分光，使參與光調(diào)制的功率明顯降低，且光路結(jié)構(gòu)復雜，共軸調(diào)整難度增加，多重光學界面反射，將導致光功率損失。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠簡化系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)、提高激光利用率、以及增強光學匹配性能的激光同源共束相干探測系統(tǒng)。為解決上述問題，本實用新型是通過以下方案實現(xiàn)的激光同源共束相干探測系統(tǒng)，包括激光器、光電探測器、光斑均勻化器件、聲光調(diào)制器、光學透鏡和光束準直器；激光器產(chǎn)生連續(xù)的激光光束在光斑均勻化器件中進行均勻化，讓其光斑的大小和形狀符合聲光調(diào)制器的有效光孔以及功率分布的均勻性；均勻化后的激光光束和外部輸入的射頻電信號在聲光調(diào)制器中相互作用實現(xiàn)布拉格衍射，保證聲光調(diào)制器的入射光與衍射光的偏振態(tài)一致，光調(diào)制后形成的O級光斑和I級衍射光斑分別構(gòu)成相干光通信的參考光和信號光；參考光和信號光經(jīng)過光學透鏡的聚焦和光束準直器處理后，將兩束光斑進行平行傳輸合路送到光電探測器中完成光電信號變換。上述系統(tǒng)中，所述激光器最好選用單頻激光器。上述系統(tǒng)中，所述光束準直器和光電探測器之間既可以通過空間傳輸方式進行連接，也可以通過光纖進行連接。但為了能夠保證到達光電探測器的兩路光信號滿足相干光探測要求，減小偏振波動和背景光噪聲影響，光束準直器和光電探測器之間最好通過保偏光纖進行連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下特點I.系統(tǒng)光路構(gòu)成簡單，性能穩(wěn)定，功率損失?。?.采用聲光器件實現(xiàn)聲光信號處理，增強系統(tǒng)對信號的選擇作用；3.利用聲光衍射效應實現(xiàn)激光同源共束相干探測，提高接收靈敏度，有效抑制噪聲，提高系統(tǒng)對信號的分辨能力。
圖I為異源相干探測系統(tǒng)框圖；圖2為同源分光相干探測系統(tǒng)框圖；圖3為實用新型一種激光同源共束相干探測系統(tǒng)框圖。
具體實施方式
參見圖3，本實用新型一種激光同源共束相干探測系統(tǒng)，主要由激光器、光斑均勻化器件、聲光調(diào)制器、光學透鏡、光束準直器和光電探測器組成。激光器經(jīng)過光斑均勻化器件與聲光調(diào)制器的其中一個輸入端相連，外部輸入的射頻電信號與聲光調(diào)制器的另一個輸入端相連。聲光調(diào)制器的輸出端與光學透鏡的入射面相對，光學透鏡的出射面與光束準直器的輸入端相對。光束準直器的輸出端與光電探測器相連。由于激光器線寬、功率穩(wěn)定性對相干探測性能影響很大，窄線寬光源有較高的頻率精度，對改善相干探測的信噪比和提高探測穩(wěn)定性有利；因此在本實用新型優(yōu)選實施例中，所述激光器選用波長為532nm、功率輸出為50mW、線寬為30MHz的單頻激光器。與之相應的是，選取中心波長為400MHz，帶寬為200MHz，衍射角為43mrad的聲光調(diào)制器。聲光調(diào)制器主要完成信號的調(diào)制(幅度、頻率、相位)。在選用的聲光調(diào)制器中，若采用正常態(tài)布拉格衍射的聲光調(diào)制器，則聲光調(diào)制器輸出的衍射光與輸入的入射光的偏振態(tài)直接一致；若為反常態(tài)布拉格衍射的聲光調(diào)制器，則聲光調(diào)制器輸出的衍射光與輸入的入射光的偏振態(tài)不一致，此時需要通過一個偏振控制器來讓入射光與衍射光的偏振態(tài)一致。所述光束準直器和光電探測器之間既可以通過空間傳輸方式進行連接，也可以通過光纖進行連接。但為了能夠保證到達光電探測器的兩路光信號滿足相干光探測要求，減小偏振波動和背景光噪聲影響，光束準直器和光電探測器之間最好通過保偏光纖進行連接。激光器產(chǎn)生連續(xù)的激光光束在光斑均勻化器件中進行均勻化，讓其光斑的大小和形狀符合聲光調(diào)制器的有效光孔以及功率分布的均勻性，且保證最大的入射功率送入聲光調(diào)制器中，聲光器件在布拉格條件下工作。均勻化后的激光光束和外部輸入的射頻電信號在聲光調(diào)制器中相互作用實現(xiàn)布拉格衍射，利用聲光效應的選擇作用，并保證聲光調(diào)制器的入射光與衍射光的偏振態(tài)一致，光調(diào)制后形成O級光斑和I級衍射光斑，該O級光斑和I級衍射光斑分別構(gòu)成相干光通信的參考光和信號光。參考光和信號光經(jīng)過光學透鏡的聚焦和光束準直器的處理后，將兩束光斑進行平行傳輸合路送到光電探測器中完成光電信號變換，實現(xiàn)信號電磁頻譜的跟蹤測量。采用上述激光同源共束相干探測系統(tǒng)所實現(xiàn)的激光同源共束相干探測方法，包括如下步驟(I)采用激光器產(chǎn)生連續(xù)的激光光束；在本實用新型優(yōu)選實施例中，所述激光光束由單頻激光器產(chǎn)生；(2)光斑均勻化器件將激光光束產(chǎn)生步驟中產(chǎn)生的激光光束進行均勻化，讓其光斑的大小和形狀符合聲光調(diào)制器的有效光孔以及功率分布的均勻性，且保證最大的入射功率；(3)均勻化后的激光光束與外部輸入的射頻電信號在聲光調(diào)制器中相互作用實現(xiàn)布拉格衍射，保證聲光調(diào)制器的入射光與衍射光偏振態(tài)一致，光調(diào)制后形成的O級光斑和I級衍射光斑分別構(gòu)成相干光通信的參考光和信號光； (4)光學透鏡將參考光和信號光進行聚焦處理后實現(xiàn)O級光斑和I級衍射光斑的
重合；(5)光束準直器將參考光和信號光進行光束準直處理后實現(xiàn)參考光和信號光的平行合路通過空間傳輸或光纖傳輸至光電探測器；為了能夠保證到達光電探測器的兩路光信號滿足相干光探測要求，減小偏振波動和背景光噪聲影響，在本實用新型優(yōu)選實施例中，參考光和信號光的平行合路傳輸至光電探測器時還進一步包括保持參考光和信號光的偏振態(tài)不變的保偏步驟；(6)光電探測器完成光信號到電信號的變換，以實現(xiàn)外部輸入的射頻電信號電磁頻譜的跟蹤測量。
本實用新型采用聲光外調(diào)制方式，在激光發(fā)射光路上實現(xiàn)信號調(diào)制，減小激光諧振腔的瞬時過程帶來的許多不利因素，保證激光器的頻率穩(wěn)定性，有利于提高調(diào)制速率和傳輸距離增加，同時也利于同源共束傳送的處理。此外，采用同源共束光相干方式，將信號光與參考光同傳，即聲光衍射后的O級光斑和I級衍射光斑兩路光重合進行準直處理后傳送，提高激光功率利用率，這有利于發(fā)射系統(tǒng)小型化，減小光能量損失。相較于在聲光調(diào)制前先進行分光再完成調(diào)制的傳統(tǒng)方案，其入射到聲光調(diào)制器的光功率減小，衍射功率也隨之降低；因此，本實用新型系統(tǒng)方案可使激光器功率以最大方式送到聲光調(diào)制器。另外由于聲光器件對不同作用信號的衍射效率是不同的，利用這一特點系統(tǒng)對不同作用信號有一定的選擇作用。
權(quán)利要求1.激光同源共束相干探測系統(tǒng)，包括激光器和光電探測器，其特征在于還進一步包括光斑均勻化器件、聲光調(diào)制器、光學透鏡和光束準直器；激光器產(chǎn)生連續(xù)的激光光束在光斑均勻化器件中進行均勻化，讓其光斑的大小和形狀符合聲光調(diào)制器的有效光孔和功率分布的均勻性；均勻化后的激光光束和外部輸入的射頻電信號在聲光調(diào)制器中相互作用實現(xiàn)布拉格衍射，并保證聲光調(diào)制器的入射光與衍射光的偏振態(tài)一致，光調(diào)制后形成的O級光斑和I級衍射光斑分別構(gòu)成相干光通信的參考光和信號光；參考光和信號光經(jīng)過光學透鏡的聚焦和光束準直器的處理后，將兩束光斑進行平行傳輸合路送到光電探測器中完成光電信號變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光同源共束相干探測系統(tǒng)，其特征在于所述激光器選用單頻激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的激光同源共束相干探測系統(tǒng)，其特征在于所述光束準直器和光電探測器之間通過空間傳輸方式進行連接或通過保偏光纖進行連接。
專利摘要本實用新型公開一種激光同源共束相干探測系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生連續(xù)的激光光束在光斑均勻化器件中進行均勻化，讓其光斑的大小和形狀符合聲光調(diào)制器的有效光孔以及功率分布的均勻性；均勻化后的激光光束和外部輸入的射頻電信號在聲光調(diào)制器中相互作用實現(xiàn)布拉格衍射，保證聲光調(diào)制器的入射光與衍射光的偏振態(tài)一致，光調(diào)制后形成的0級光斑和1級衍射光斑分別構(gòu)成相干光通信的參考光和信號光；參考光和信號光經(jīng)過光學透鏡的聚焦和光束準直器處理后，將兩束光斑進行平行傳輸合路送到光電探測器中完成光電信號變換。本實用新型能夠簡化系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)、提高激光利用率、以及增強光學匹配性能。
文檔編號G01J9/00GK202494522SQ20122006146
公開日2012年10月17日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者何寧, 周江, 廖欣, 鄧德迎 申請人:桂林電子科技大學