小型化大气激光通信装置及通信方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信技术领域，具体为一种小型化大气激光通信装置及通信方法，具有光束对准功能。
【背景技术】
[0002]大气激光通信设备具有无电磁干扰、组网机动灵活、安装维护方便、通信可靠性高、保密性好、性价比高等优点，大气激光通信技术己成为当今信息技术的一大热门技术，其作用和地位已能和光纤通信、微波通信相提并论，因此具有很强的军事应用价值。无线激光通信在军事方面主要用于微波通信被干扰、光纤通信出现故障的环境下的应急抢通，战场及复杂地形下的紧急保密通信。大气激光通信可用于在战斗打响前无线电静默期间的短距离通信、或战斗打响后的保密通信、可用于在海岸与海岸之间、海岛之间、边防哨所之间、舰船之间、导弹发射现场与指挥中心之间以及城市高层设施之间的短距离通信等。
[0003]现有的小型化大气激光通信装置有着较多的不足。首先其激光发射功率低至毫瓦量级，功率较高者也仅有数瓦。为提高功率密度，其发射和接收视场角都很小，发射视场角一般在I毫弧度以内，接收视场角也在毫弧度量级，且通信距离近，典型值为4到8千米。
[0004]其次，现有小型化大气激光通信装置在操作过程中存在对准困难的问题，一般采用人工方式用瞄准镜进行粗瞄，然后靠经验完成精瞄。由于现有激光通信装置的收发视场角小，加之在有效通信距离下瞄准镜放大倍率有限，因此对准工作会花费大量时间，降低了激光通信机的使用效率。另一方面，包含有对准系统的大气激光通信装置虽然在精瞄阶段对准效果尚可，但是采用的光电对准系统复杂，整个装置体积庞大，不符合目前装备小型化的要求和发展趋势。
【发明内容】
[0005]本发明针对大气激光通信中所存在的对准困难的问题，同时考虑到控制整个装置的体积和重量，提出一种小型化大气激光通信装置及其通信方法。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]所述一种小型化大气激光通信装置，其特征在于:由小型化大气激光通信机和瞄准镜组成，小型化大气激光通信机由发射光学窗口、发射分光棱镜、半导体激光器、Nd: YAG激光器、接收光学窗口、接收分光棱镜、PIN光电二极管和四象限光斑跟踪器组成；半导体激光器、NdiYAG激光器、瞄准镜同光轴，半导体激光器以及Nd = YAG激光器的发射激光通过发射分光棱镜后从发射光学窗口出射；从接收光学窗口射入的激光通过接收分光棱镜后分别由PIN光电二极管和四象限光斑跟踪器接收。
[0008]利用上述通信装置进行通信的方法，其特征在于:采用以下步骤:
[0009]步骤1:对准阶段:
[0010]调整发射端通信装置，使接收端通信装置的接收光学窗口位于发射端通信装置的瞄准镜视场角范围内；发射端通信装置的Nd:YAG激光器发射探测激光脉冲信号，经发射分光棱镜和发射光学窗口出射；探测激光脉冲信号经接收端通信装置的接收光学窗口和接收分光棱镜后被接收端通信装置的四象限光斑跟踪器接收，根据四象限光斑跟踪器的光斑位置，调整发射端通信装置，使得接收端通信装置的四象限光斑跟踪器接收到的光斑位置处于四象限图中心位置；
[0011]步骤2:通信阶段:
[0012]关闭发射端通信装置的Nd:YAG激光器，由发射端通信装置的半导体激光器发射激光通信信号光束，经发射分光棱镜和发射光学窗口出射；激光通信信号光束经接收端通信装置的接收光学窗口和接收分光棱镜后被接收端通信装置的PIN光电二极管接收。
[0013]有益效果
[0014]本发明的整体技术效果体现在以下几个方面。
[0015]本发明在传统的大气激光通信装置的基础上，增加了由Nd:YAG激光器和四象限光斑跟踪器所构成的光束快速对准单元，同时保证了整个大气激光通信装置的小型化，又区别于其他大体积对准单元。
[0016]在于对准阶段的接收端通信装置，即便激光探测信号在传播过程中已经发生衰减，但由于四象限光斑跟踪器的响应阈值很低，只要接收端通信装置处于Nd:YAG激光器的视场范围之内，就能通过分光棱镜，将Nd: YAG激光器发射的1064nm光波接收至四象限光斑跟踪器，通过光斑在四象限图上的直观反映，通过手动或伺服系统，迅速将光斑中心位置调整至四象限中心，实现新型小型化大气激光通信装置发射端和接收端的快速对准。
[0017]采用本发明的大气激光通信装置及通信方法，能够实现比较大的发射和接收视场角，发射视场角约为4毫弧度，接收视场角约为12度，通信距离远，典型值为8到10千米。
【附图说明】
[0018]图1、图2是本发明新型小型化大气激光通信装置的结构组成示意图。
[0019]图1是小型化大气激光通信机内部视图:
[0020]1-发射光学窗口 ；2_发射分光棱镜；3_半导体激光器；4-Nd:YAG激光器；5_PIN光电二极管；6-四象限光斑跟踪器；。9-接收光学窗口 ；10_接收分光棱镜。
[0021]图2是新型小型化大气激光通信装置侧视图:
[0022]7-小型化大气激光通信机；8_目苗准镜。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例描述本发明:
[0024]如图1所示，本实施例中的小型化大气激光通信装置由小型化大气激光通信机7和瞄准镜8组成，小型化大气激光通信机由发射光学窗口 1、发射分光棱镜2、半导体激光器3、Nd: YAG激光器4、接收光学窗口 9、接收分光棱镜10、PIN光电二极管5和四象限光斑跟踪器6组成。半导体激光器3、Nd: YAG激光器4、瞄准镜8同光轴，半导体激光器3以及Nd: YAG激光器4的发射激光通过发射分光棱镜2后从发射光学窗口 I出射；从接收光学窗口 9射入的激光通过接收分光棱镜10后分别由PIN光电二极管5和四象限光斑跟踪器6接收。
[0025]利用上述通信装置实现大气激光通信功能的方法分为以下步骤:
[0026]步骤1:对准阶段:
[0027]调整发射端通信装置，使接收端通信装置的接收光学窗口位于发射端通信装置的瞄准镜中心附近。发射端通信装置的大视场角的Nd: YAG激光器以0.5赫兹、4毫焦、6度发散角的工作参数发射波长为1064nm的探测激光脉冲信号，经发射分光棱镜和发射光学窗口出射；探测激光脉冲信号经接收端通信装置的接收光学窗口和接收分光棱镜后被接收端通信装置的四象限光斑跟踪器接收。
[0028]Nd:YAG激光器的视场角很大，与瞄准镜的视场角大致相当，因此只要接收端通信装置的接收光学窗口在瞄准镜视场角范围内，就会在接收端通信装置四象限光斑跟踪器的四象限图上直观的反映出位置信息。根据四象限光斑跟踪器的光斑位置，通过手动或伺服系统控制调整发射端通信装置，使得接收端通信装置的四象限光斑跟踪器接收到的光斑位置处于四象限图中心位置，实现两台小型化大气激光通信装置的快速对准。
[0029]步骤2:通信阶段:
[0030]两台小型化大气激光通信装置对准后，为防止信号干扰，关闭发射端通信装置的Nd: YAG激光器，由发射端通信装置的半导体激光器发射波长为905nm的激光通信信号光束，经发射分光棱镜和发射光学窗口出射；激光通信信号光束经接收端通信装置的接收光学窗口和接收分光棱镜后被接收端通信装置的PIN光电二极管接收。
[0031]由于半导体激光器的光束发散角大于四象限光斑跟踪器的探测精度，因此四象限光斑跟踪器辅助实现的光束对准是可以满足大气激光通信需求的。
【主权项】
1.一种小型化大气激光通信装置，其特征在于:由小型化大气激光通信机和瞄准镜组成，小型化大气激光通信机由发射光学窗口、发射分光棱镜、半导体激光器、Nd: YAG激光器、接收光学窗口、接收分光棱镜、PIN光电二极管和四象限光斑跟踪器组成；半导体激光器、NdiYAG激光器、瞄准镜同光轴，半导体激光器以及Nd = YAG激光器的发射激光通过发射分光棱镜后从发射光学窗口出射；从接收光学窗口射入的激光通过接收分光棱镜后分别由PIN光电二极管和四象限光斑跟踪器接收。
2.利用权利要求1所述小型化大气激光通信装置进行通信的方法，其特征在于:采用以下步骤: 步骤1:对准阶段: 调整发射端通信装置，使接收端通信装置的接收光学窗口位于发射端通信装置的瞄准镜视场角范围内；发射端通信装置的Nd:YAG激光器发射探测激光脉冲信号，经发射分光棱镜和发射光学窗口出射；探测激光脉冲信号经接收端通信装置的接收光学窗口和接收分光棱镜后被接收端通信装置的四象限光斑跟踪器接收，根据四象限光斑跟踪器的光斑位置，调整发射端通信装置，使得接收端通信装置的四象限光斑跟踪器接收到的光斑位置处于四象限图中心位置； 步骤2:通信阶段: 关闭发射端通信装置的Nd:YAG激光器，由发射端通信装置的半导体激光器发射激光通信信号光束，经发射分光棱镜和发射光学窗口出射；激光通信信号光束经接收端通信装置的接收光学窗口和接收分光棱镜后被接收端通信装置的PIN光电二极管接收。
【专利摘要】本发明提出一种小型化大气激光通信装置及通信方法，装置包括小型化大气激光通信机和瞄准镜，其中小型化大气激光通信机由光学窗口、分光棱镜、半导体激光器、Nd:YAG激光器、PIN光电二极管、光斑跟踪器组成。除了能够实现传统的激光通信以外，本发明增加了光束对准装置，借助Nd:YAG激光器发射的探测光束在四象限光斑跟踪器的四象限图上的直观反映，通过手动或伺服系统，迅速将光斑中心位置调整至四象限中心，实现通信发射端和通信接收端的快速对准。本发明具有体积小、重量轻、通信稳定、对准速度快等优点。
【IPC分类】H04B10-11
【公开号】CN104618015
【申请号】CN201510001588
【发明人】陈胜石, 高玮, 张晓辉, 侯风乾, 陈文建, 杨华梅, 张若凡, 穆让修, 毕博瑞, 薛常佳
【申请人】西安应用光学研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月4日