同步转向分光棱镜，四棱镜的四个侧面上镀有反射膜，四棱镜中心开有垂直于底面的中心通孔。接收光学天线2、四棱镜3中心通孔与APD探测器4共光轴，电机控制系统8能够带动补偿透镜11沿光轴方向运动，APD探测器4输出信号至激光通信接收组件5。PIN探测器组件6包括四个完全相同的PIN探测器，四个PIN探测器分别处于四棱镜四个侧面的分光光路上，PIN探测器组件输出信号至光斑对准信号处理组件，伺服系统根据光斑对准信号处理组件的控制信号带动整个大气激光通信接收装置进行方位调整。
[0023]根据图2所示，激光传输接收光路示意图中，高重频激光20进入激光接收天线2的视场，聚焦物镜10将光束聚焦后进入补偿透镜11，补偿透镜11在伺服电机9的驱动下，沿光轴的方向移动到一个位置，使入射光的像面增大，入射光落在四棱镜3的四个面上，经四棱镜3的四个面反射后，分别沿四个相互垂直的光路方向进入到PIN探测器组件中，PIN探测器组件6经过光电转换后将电信号送光斑对准信号处理组件7进行光斑捕获。图2只显示了两个方向的光路图，一组是对准聚焦物镜12和PIN探测器13，另一组是对准聚焦物镜14和PIN探测器15。伺服电机也能够带动补偿透镜11移动，使入射光的像面变小，可通过四棱镜3的空心，进入APD探测器4中，APD探测器4经过光电转换后将电信号送入激光通信接收组件5解码后进行通信。
[0024]根据图3所示，激光对准光路示意图包括四个完全相同的透镜:透镜12、透镜14、透镜16、透镜18和四个完全相同的PIN探测器:探测器13、探测器15、探测器17、探测器19。入射光经四棱镜3分光后，产生四个方向的光路，这四个方向的光轴相互垂直分别进入图3所示的四组对准接收光路中。
[0025]利用上述装置实现快速对准大气激光通信接收功能的方法分为以下步骤:
[0026]步骤1:对准阶段:
[0027]当有通信激光信号进入大气激光通信接收装置的接收视场时，进行对准操作:通信激光信号经过接收光学天线，接收光学天线输出的光斑落在四棱镜的四个侧面或三个侧面上，并经过反射分别进入对应的PIN光电探测器中，根据PIN光电探测器接收的光强度信号进行位置解算，并根据解算结果控制伺服系统调整大气激光通信接收装置，使通信激光信号以平行于接收光学天线光轴的方向进入接收光学天线，即实现了对准目标的功能。
[0028]步骤2:通信阶段:
[0029]通过电机控制系统调整补偿透镜位置，使接收光学天线输出的光斑尺寸变小，光斑全部进入四棱镜的中心通孔，并从四棱镜的中心通孔直接进入APD探测器，APD探测器输出信号经过激光通信接收组件放大及信号解调，实现激光通信功能。
【主权项】
1.一种能够快速对准的大气激光通信接收装置，其特征在于:包括激光光学接收组件、激光通信光电探测器、激光通信接收组件、激光对准光电探测器组件、光斑对准信号处理组件、电机控制系统、伺服系统；激光接收组件由接收光学天线和四棱镜组成，接收光学天线包括聚焦物镜和补偿透镜，补偿透镜处于聚焦物镜的离焦位置；四棱镜为具有锥台结构的四个侧面对称的同步转向分光棱镜，四棱镜的四个侧面上镀有反射膜，四棱镜中心开有垂直于底面的中心通孔；接收光学天线、四棱镜中心通孔与激光通信光电探测器共光轴，电机控制系统能够带动补偿透镜沿光轴方向运动，激光通信光电探测器输出信号至激光通信接收组件；激光对准光电探测器组件包括四个完全相同的激光对准光电探测器；四个激光对准光电探测器分别处于四棱镜四个侧面的分光光路上，激光对准光电探测器组件输出信号至光斑对准信号处理组件，伺服系统根据光斑对准信号处理组件的控制信号带动整个大气激光通信接收装置进行方位调整。
2.根据权利要求1所述一种能够快速对准的大气激光通信接收装置，其特征在于:激光通信光电探测器采用APD探测器，激光对准光电探测器采用PIN探测器
3.一种使用权利要求1或2所述能够快速对准的大气激光通信接收装置进行大气激光通信接收的方法，其特征在于:采用以下步骤: 步骤1:对准阶段: 当有通信激光信号进入大气激光通信接收装置的接收视场时，进行对准操作:通信激光信号经过接收光学天线，接收光学天线输出的光斑落在四棱镜的四个侧面或三个侧面上，并经过反射分别进入对应的激光对准光电探测器中，根据激光对准光电探测器接收的光强度信号进行位置解算，并根据解算结果控制伺服系统调整大气激光通信接收装置，使通信激光信号以平行于接收光学天线光轴的方向进入接收光学天线； 步骤2:通信阶段: 通过电机控制系统调整补偿透镜位置，使接收光学天线输出的光斑尺寸变小，光斑全部进入四棱镜的中心通孔，并从四棱镜的中心通孔直接进入激光通信光电探测器，激光通信光电探测器输出信号经过激光通信接收组件放大及信号解调，实现激光通信功能。
【专利摘要】本发明提出一种快速对准的远距离激光大气通信接收装置及通信方法，装置包括激光光学接收组件、激光通信光电探测器、激光通信接收组件、激光对准光电探测器组件、光斑对准信号处理组件、电机控制系统、伺服系统。本发明运用一个中心有小孔的四棱镜，优点在于实现了对准与激光通信接收共光路，提高了对准的精度；而且只运用了一套光学系统实现了对准和通信接收两个功能，将原来两个分立的系统融合成了一个系统，既增加了系统的灵活性，也减小了系统的体积和重量。此外补偿透镜能够前后移动，使像面位置发生移动，改变了入射光的像面尺寸大小，像面尺寸大时实现对准功能；像面尺寸小时进行大气激光通信，有效地实现了对准与激光信息接收之间不同光束的切换。
【IPC分类】H04B10-67, H04B10-11
【公开号】CN104539372
【申请号】CN201510012628
【发明人】高玮, 陈文建, 纪明, 韩耀锋, 陈胜石, 段园园, 马世伟, 张若凡, 侯风乾, 雷俊杰
【申请人】西安应用光学研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月9日