基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于空间激光通信领域。具体的说，涉及到空间激光通信的光学去噪方法、 发射终端以及接收终端。
【背景技术】
[0002] 自由空间激光通信由于具有方向性好、通信容量大、体积和功耗小等优点已成为 无线通信领域的重要研究课题。由于受到日光、月光、星光等背景噪声光的影响，通信接收 终端探测信号中夹杂着很强的背景光噪声。这将增大通信的误码率，降低通信质量。现有 技术中常采用光学滤波的方法消除背景光噪声的影响，即只允许通信光波长范围内的光信 号进入接收终端的光电探测系统。目前，工程中常见的光学滤波器件有滤光片、干涉滤波器 和双折射滤波器等。
[0003] 滤光片是一种光学镜片，在通信波段具有很高的透过率，但对于其它波段的透过 率较低。干涉滤波器常用Fabry-Perot干涉仪作为滤波结构，利用多光束干涉的原理滤除 背景噪声。双折射滤波器主要是利用偏光干涉原理进行滤波的，按照结构的不同可以分为 Lyot-Ohman滤波器和Sole滤波器。
[0004] 以上三种光学滤波方法虽然在一定程度上可以滤除与通信波段波长不同的背景 光噪声，但对于波长与滤波器中心波长相同的背景光却无法滤除。另外，光学滤波器的透射 带宽越窄，光波透过率越小，这不利于长距离传输、强背景噪声下自由空间通信光信号的检 测。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述光学去噪方法的不足，提供一种基于偏振标记的自由 空间激光通信光学去噪方法、发射终端以及接收终端。
[0006] 本发明是这样实现的：
[0007] 1.技术原理
[0008] 光是一种电磁波。通信用光波一般具有相干性好、偏振度高的特点；而自由空间中 的背景光具有相干性差的特点，其偏振度一般为〇。另外，光波在自由空间中传输时，偏振态 几乎不发生变化。
[0009] 因此，对于自由空间激光通信，在通信发射终端控制出射光的偏振态，使其具有特 定的偏振态特征，例如左旋圆偏振态或右旋圆偏振态。这样，到达通信接收终端的通信光将 具有不同于背景噪声光的偏振标记特征，这样就可以通过对偏振识别的方法从强背景噪声 中检测出通信光信号。
[0010] 偏振识别过程可以通过偏振分束和差分检测的方式实现。具体的说首先将具有特 定偏振标记特征的信号光通过四分之一波片转换为线偏振标记信号光，然后利用偏振分束 器件将通信接收终端的接收光分为两束。线偏振标记的通信光只存在于其中一束当中，该 束光可以表不为(信号光+背景噪声光/2)，其光强I a可以表不为：
[0011]
【主权项】
1. 一种基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法，其特征在于：包括以下步 骤： 1】产生通信光信号； 2】将步骤1】产生的通信光信号的偏振状态转换为线偏振，使得通信光信号具有线偏振 特征； 3】将步骤2】产生的具有线偏振特征的通信光信号转换为具有圆偏振特征的通信光信 号； 4】将具有圆偏振特征的通信光信号发射到自由空间信道中； 5】具有圆偏振特征的通信光信号在自由空间信道中传输； 6】接收具有圆偏振特征的通信光信号； 7】将接收的具有圆偏振特征的通信光信号转换为线偏振特征的通信光信号； 8】将线偏振特征的通信光信号分离为偏振方向正交的两束光，其中一束光包含通信光 信号和背景噪声光，另一束只包含背景噪声光，且两束光中背景噪声光的光强相等； 9】对步骤8】分离得到的两束光分别进行光电转换，并对转换得到的电信号进行差分运 算，差分得到的电信号中背景光噪声被滤除。
2. 根据权利要求1所述的基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法，其特征在 于：步骤3】中将具有线偏振特征的通信光信号转换为具有圆偏振特征的通信光信号，是通 过在具有线偏振特征的通信光信号后接入发射终端四分之一波片，并使发射终端四分之一 波片本征轴方向与线偏振方向夹角为45°来实现的。
3. 根据权利要求1所述的基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法，其特征在 于：步骤7】将接收的具有圆偏振特征的通信光信号转换为线偏振特征的通信光信号，是通 过在有圆偏振特征的通信光信号后面接入接收终端四分之一波片实现的。
4. 根据权利要求3所述的基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法，其特征在 于：步骤8】将线偏振特征的通信光信号分离为偏振方向正交的两束光，是通过在接收终端 四分之一波片后接入偏振分光器件，并使接收终端四分之一波片的本征轴和偏振分光器件 本征轴夹角为45°来实现的。
5. 根据权利要求4所述的基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法，其特征在 于：步骤9】中，进行光电转换，并对转换得到的电信号进行差分运算，差分得到的电信号中 背景光噪声被滤除，是通过平衡光电探测器实现的。
6. 根据权利要求1所述的基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法，其特征在 于：步骤2】是利用起偏器将通信光信号偏振态转换为线偏振。
7. 根据权利要求1所述的基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法，其特征在 于：步骤1】产生通信光信号的具体过程为：利用通信数据电信号控制电光调制器，对激光 器输出的光强进行调制，当电信号为高电平时，电光调制器有激光输出，对应通信逻辑"1"， 当电信号为低电平时，电光调制器无激光输出，对应通信逻辑"〇"。
8. 基于偏振标记的自由空间激光通信发射终端，其特征在于：包括激光器以及依次设 置在激光器输出光路上的电光调制器、起偏器、发射终端四分之一波片和光学发射天线，激 光器输出光垂直射入电光调制器，电光调制器的输出光垂直射入起偏器，起偏器输出光垂 直射入发射终端四分之一波片。
9.基于偏振标记的自由空间激光通信接收终端，其特征在于：包括光学接收天线以及 依次设置在光学接收天线输出光路上的接收终端四分之一波片、偏振分光器件和平衡光电 探测器，光学接收天线输出光垂直射入接收终端四分之一波片，接收终端四分之一波片的 输出光垂直射入偏振分光器件，偏振分光器件输出的两束光分别垂直射入平衡光电探测器 的两个接收面。
【专利摘要】本发明提供一种基于偏振标记的自由空间激光通信光学去噪方法。该方法首先在通信发射终端对激光通信信号进行偏振标记，使其偏振态为左旋圆偏振或右旋圆偏振；然后在通信接收终端对带有偏振标记的光信号进行识别，并剔除接收信号中的背景光噪声。本发明能够有效的去除自由空间激光通信信号中的背景光噪声，并且器件成熟，结构简单，降低了推广难度。
【IPC分类】H04B10-11
【公开号】CN104779996
【申请号】CN201410010114
【发明人】韩彪, 汪伟, 胡辉, 苏玉龙, 魏安海, 赵卫, 谢小平
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年1月9日