小型化大氣激光通信裝置及通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種小型化大氣激光通信裝置及通信方法，具有光束對準(zhǔn)功能。
【背景技術(shù)】
[0002]大氣激光通信設(shè)備具有無電磁干擾、組網(wǎng)機(jī)動靈活、安裝維護(hù)方便、通信可靠性高、保密性好、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，大氣激光通信技術(shù)己成為當(dāng)今信息技術(shù)的一大熱門技術(shù)，其作用和地位已能和光纖通信、微波通信相提并論，因此具有很強(qiáng)的軍事應(yīng)用價(jià)值。無線激光通信在軍事方面主要用于微波通信被干擾、光纖通信出現(xiàn)故障的環(huán)境下的應(yīng)急搶通，戰(zhàn)場及復(fù)雜地形下的緊急保密通信。大氣激光通信可用于在戰(zhàn)斗打響前無線電靜默期間的短距離通信、或戰(zhàn)斗打響后的保密通信、可用于在海岸與海岸之間、海島之間、邊防哨所之間、艦船之間、導(dǎo)彈發(fā)射現(xiàn)場與指揮中心之間以及城市高層設(shè)施之間的短距離通信等。
[0003]現(xiàn)有的小型化大氣激光通信裝置有著較多的不足。首先其激光發(fā)射功率低至毫瓦量級，功率較高者也僅有數(shù)瓦。為提高功率密度，其發(fā)射和接收視場角都很小，發(fā)射視場角一般在I毫弧度以內(nèi)，接收視場角也在毫弧度量級，且通信距離近，典型值為4到8千米。
[0004]其次，現(xiàn)有小型化大氣激光通信裝置在操作過程中存在對準(zhǔn)困難的問題，一般采用人工方式用瞄準(zhǔn)鏡進(jìn)行粗瞄，然后靠經(jīng)驗(yàn)完成精瞄。由于現(xiàn)有激光通信裝置的收發(fā)視場角小，加之在有效通信距離下瞄準(zhǔn)鏡放大倍率有限，因此對準(zhǔn)工作會花費(fèi)大量時(shí)間，降低了激光通信機(jī)的使用效率。另一方面，包含有對準(zhǔn)系統(tǒng)的大氣激光通信裝置雖然在精瞄階段對準(zhǔn)效果尚可，但是采用的光電對準(zhǔn)系統(tǒng)復(fù)雜，整個(gè)裝置體積龐大，不符合目前裝備小型化的要求和發(fā)展趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對大氣激光通信中所存在的對準(zhǔn)困難的問題，同時(shí)考慮到控制整個(gè)裝置的體積和重量，提出一種小型化大氣激光通信裝置及其通信方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]所述一種小型化大氣激光通信裝置，其特征在于:由小型化大氣激光通信機(jī)和瞄準(zhǔn)鏡組成，小型化大氣激光通信機(jī)由發(fā)射光學(xué)窗口、發(fā)射分光棱鏡、半導(dǎo)體激光器、Nd: YAG激光器、接收光學(xué)窗口、接收分光棱鏡、PIN光電二極管和四象限光斑跟蹤器組成；半導(dǎo)體激光器、NdiYAG激光器、瞄準(zhǔn)鏡同光軸，半導(dǎo)體激光器以及Nd = YAG激光器的發(fā)射激光通過發(fā)射分光棱鏡后從發(fā)射光學(xué)窗口出射；從接收光學(xué)窗口射入的激光通過接收分光棱鏡后分別由PIN光電二極管和四象限光斑跟蹤器接收。
[0008]利用上述通信裝置進(jìn)行通信的方法，其特征在于:采用以下步驟:
[0009]步驟1:對準(zhǔn)階段:
[0010]調(diào)整發(fā)射端通信裝置，使接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口位于發(fā)射端通信裝置的瞄準(zhǔn)鏡視場角范圍內(nèi)；發(fā)射端通信裝置的Nd:YAG激光器發(fā)射探測激光脈沖信號，經(jīng)發(fā)射分光棱鏡和發(fā)射光學(xué)窗口出射；探測激光脈沖信號經(jīng)接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口和接收分光棱鏡后被接收端通信裝置的四象限光斑跟蹤器接收，根據(jù)四象限光斑跟蹤器的光斑位置，調(diào)整發(fā)射端通信裝置，使得接收端通信裝置的四象限光斑跟蹤器接收到的光斑位置處于四象限圖中心位置；
[0011]步驟2:通信階段:
[0012]關(guān)閉發(fā)射端通信裝置的Nd:YAG激光器，由發(fā)射端通信裝置的半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光通信信號光束，經(jīng)發(fā)射分光棱鏡和發(fā)射光學(xué)窗口出射；激光通信信號光束經(jīng)接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口和接收分光棱鏡后被接收端通信裝置的PIN光電二極管接收。
[0013]有益效果
[0014]本發(fā)明的整體技術(shù)效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
[0015]本發(fā)明在傳統(tǒng)的大氣激光通信裝置的基礎(chǔ)上，增加了由Nd:YAG激光器和四象限光斑跟蹤器所構(gòu)成的光束快速對準(zhǔn)單元，同時(shí)保證了整個(gè)大氣激光通信裝置的小型化，又區(qū)別于其他大體積對準(zhǔn)單元。
[0016]在于對準(zhǔn)階段的接收端通信裝置，即便激光探測信號在傳播過程中已經(jīng)發(fā)生衰減，但由于四象限光斑跟蹤器的響應(yīng)閾值很低，只要接收端通信裝置處于Nd:YAG激光器的視場范圍之內(nèi)，就能通過分光棱鏡，將Nd: YAG激光器發(fā)射的1064nm光波接收至四象限光斑跟蹤器，通過光斑在四象限圖上的直觀反映，通過手動或伺服系統(tǒng)，迅速將光斑中心位置調(diào)整至四象限中心，實(shí)現(xiàn)新型小型化大氣激光通信裝置發(fā)射端和接收端的快速對準(zhǔn)。
[0017]采用本發(fā)明的大氣激光通信裝置及通信方法，能夠?qū)崿F(xiàn)比較大的發(fā)射和接收視場角，發(fā)射視場角約為4毫弧度，接收視場角約為12度，通信距離遠(yuǎn)，典型值為8到10千米。
【附圖說明】
[0018]圖1、圖2是本發(fā)明新型小型化大氣激光通信裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0019]圖1是小型化大氣激光通信機(jī)內(nèi)部視圖:
[0020]1-發(fā)射光學(xué)窗口 ；2_發(fā)射分光棱鏡；3_半導(dǎo)體激光器；4-Nd:YAG激光器；5_PIN光電二極管；6-四象限光斑跟蹤器；。9-接收光學(xué)窗口 ；10_接收分光棱鏡。
[0021]圖2是新型小型化大氣激光通信裝置側(cè)視圖:
[0022]7-小型化大氣激光通信機(jī)；8_目苗準(zhǔn)鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明:
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例中的小型化大氣激光通信裝置由小型化大氣激光通信機(jī)7和瞄準(zhǔn)鏡8組成，小型化大氣激光通信機(jī)由發(fā)射光學(xué)窗口 1、發(fā)射分光棱鏡2、半導(dǎo)體激光器3、Nd: YAG激光器4、接收光學(xué)窗口 9、接收分光棱鏡10、PIN光電二極管5和四象限光斑跟蹤器6組成。半導(dǎo)體激光器3、Nd: YAG激光器4、瞄準(zhǔn)鏡8同光軸，半導(dǎo)體激光器3以及Nd: YAG激光器4的發(fā)射激光通過發(fā)射分光棱鏡2后從發(fā)射光學(xué)窗口 I出射；從接收光學(xué)窗口 9射入的激光通過接收分光棱鏡10后分別由PIN光電二極管5和四象限光斑跟蹤器6接收。
[0025]利用上述通信裝置實(shí)現(xiàn)大氣激光通信功能的方法分為以下步驟:
[0026]步驟1:對準(zhǔn)階段:
[0027]調(diào)整發(fā)射端通信裝置，使接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口位于發(fā)射端通信裝置的瞄準(zhǔn)鏡中心附近。發(fā)射端通信裝置的大視場角的Nd: YAG激光器以0.5赫茲、4毫焦、6度發(fā)散角的工作參數(shù)發(fā)射波長為1064nm的探測激光脈沖信號，經(jīng)發(fā)射分光棱鏡和發(fā)射光學(xué)窗口出射；探測激光脈沖信號經(jīng)接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口和接收分光棱鏡后被接收端通信裝置的四象限光斑跟蹤器接收。
[0028]Nd:YAG激光器的視場角很大，與瞄準(zhǔn)鏡的視場角大致相當(dāng)，因此只要接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口在瞄準(zhǔn)鏡視場角范圍內(nèi)，就會在接收端通信裝置四象限光斑跟蹤器的四象限圖上直觀的反映出位置信息。根據(jù)四象限光斑跟蹤器的光斑位置，通過手動或伺服系統(tǒng)控制調(diào)整發(fā)射端通信裝置，使得接收端通信裝置的四象限光斑跟蹤器接收到的光斑位置處于四象限圖中心位置，實(shí)現(xiàn)兩臺小型化大氣激光通信裝置的快速對準(zhǔn)。
[0029]步驟2:通信階段:
[0030]兩臺小型化大氣激光通信裝置對準(zhǔn)后，為防止信號干擾，關(guān)閉發(fā)射端通信裝置的Nd: YAG激光器，由發(fā)射端通信裝置的半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長為905nm的激光通信信號光束，經(jīng)發(fā)射分光棱鏡和發(fā)射光學(xué)窗口出射；激光通信信號光束經(jīng)接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口和接收分光棱鏡后被接收端通信裝置的PIN光電二極管接收。
[0031]由于半導(dǎo)體激光器的光束發(fā)散角大于四象限光斑跟蹤器的探測精度，因此四象限光斑跟蹤器輔助實(shí)現(xiàn)的光束對準(zhǔn)是可以滿足大氣激光通信需求的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小型化大氣激光通信裝置，其特征在于:由小型化大氣激光通信機(jī)和瞄準(zhǔn)鏡組成，小型化大氣激光通信機(jī)由發(fā)射光學(xué)窗口、發(fā)射分光棱鏡、半導(dǎo)體激光器、Nd: YAG激光器、接收光學(xué)窗口、接收分光棱鏡、PIN光電二極管和四象限光斑跟蹤器組成；半導(dǎo)體激光器、NdiYAG激光器、瞄準(zhǔn)鏡同光軸，半導(dǎo)體激光器以及Nd = YAG激光器的發(fā)射激光通過發(fā)射分光棱鏡后從發(fā)射光學(xué)窗口出射；從接收光學(xué)窗口射入的激光通過接收分光棱鏡后分別由PIN光電二極管和四象限光斑跟蹤器接收。
2.利用權(quán)利要求1所述小型化大氣激光通信裝置進(jìn)行通信的方法，其特征在于:采用以下步驟: 步驟1:對準(zhǔn)階段: 調(diào)整發(fā)射端通信裝置，使接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口位于發(fā)射端通信裝置的瞄準(zhǔn)鏡視場角范圍內(nèi)；發(fā)射端通信裝置的Nd:YAG激光器發(fā)射探測激光脈沖信號，經(jīng)發(fā)射分光棱鏡和發(fā)射光學(xué)窗口出射；探測激光脈沖信號經(jīng)接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口和接收分光棱鏡后被接收端通信裝置的四象限光斑跟蹤器接收，根據(jù)四象限光斑跟蹤器的光斑位置，調(diào)整發(fā)射端通信裝置，使得接收端通信裝置的四象限光斑跟蹤器接收到的光斑位置處于四象限圖中心位置； 步驟2:通信階段: 關(guān)閉發(fā)射端通信裝置的Nd:YAG激光器，由發(fā)射端通信裝置的半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光通信信號光束，經(jīng)發(fā)射分光棱鏡和發(fā)射光學(xué)窗口出射；激光通信信號光束經(jīng)接收端通信裝置的接收光學(xué)窗口和接收分光棱鏡后被接收端通信裝置的PIN光電二極管接收。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種小型化大氣激光通信裝置及通信方法，裝置包括小型化大氣激光通信機(jī)和瞄準(zhǔn)鏡，其中小型化大氣激光通信機(jī)由光學(xué)窗口、分光棱鏡、半導(dǎo)體激光器、Nd:YAG激光器、PIN光電二極管、光斑跟蹤器組成。除了能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的激光通信以外，本發(fā)明增加了光束對準(zhǔn)裝置，借助Nd:YAG激光器發(fā)射的探測光束在四象限光斑跟蹤器的四象限圖上的直觀反映，通過手動或伺服系統(tǒng)，迅速將光斑中心位置調(diào)整至四象限中心，實(shí)現(xiàn)通信發(fā)射端和通信接收端的快速對準(zhǔn)。本發(fā)明具有體積小、重量輕、通信穩(wěn)定、對準(zhǔn)速度快等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H04B10-11
【公開號】CN104618015
【申請?zhí)枴緾N201510001588
【發(fā)明人】陳勝石, 高瑋, 張曉輝, 侯風(fēng)乾, 陳文建, 楊華梅, 張若凡, 穆讓修, 畢博瑞, 薛常佳
【申請人】西安應(yīng)用光學(xué)研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月4日