基于2×2 180°光学桥接器的自由空间相干光通信探测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于2X2 180°光学桥接器的用于自由空间相干光通信的探测装 置。
【背景技术】
[0002] 自由空间相干光通信技术以其高接收灵敏度的优势，受到人们的广泛关注，但其 系统存在复杂的问题，尤其是高速大范围可调谐本振光源难以实现，于是我们开展了基于 改进的2 X 2 180°光学桥接器系统的研究。这将对大范围、高带宽的自由空间相干光通信具 有非常重要的意义。
[0003] 现有技术[1] (Leonid G.Kazovsky，Balanced Phase-Locked Loops for Optical Homodyne Receivers:Performance Analysis，Design Considerations，and Laser Linewidth Requirements[J]，IEEE Journal of Lightwave Technology,1986,4(2):182 ~195)表明基于决策驱动的光学零差接收器最大可允许的激光线宽为A v = 3.1 X l(T4Rb， 环噪声带宽的最优值为B〇Pt= [4.72 A vRkPs/q]1/2;现有技术[2] (Leonid G.Kazovsky， Decision-driven phase-locked loop for optical homodyne receivers:Performance analysis and laserlinewidth requirements[J],IEEE Journal of Lightwave Technology，1985，3(6): 1238~1247)表明基于决策驱动的光学零差接收器最大可允许的 激光线宽为Av = 5.9Xl (T6Rb，环噪声带宽的最优值为
以上两种接收器都凭借着各自的优势，受到人们的广泛关注，但是都有一个共同的缺点，即 高速大范围可调谐本振光源难以实现。于是我们开展了基于改进的2X2 180°光学桥接器 的探测系统的研究，这将对大范围、高带宽的自由空间相干光通信具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明针对星间或星地相干激光通信中的应用背景，提出了一种基于2X2 180° 光学桥接器的自由空间相干光通信探测装置。可调谐本振激光光源和压控振荡器同时跟踪 信号光的相位变化，利用压控振荡器反应灵敏和可调谐本振激光光源调谐范围大的优势， 能够快速跟踪信号光相位变化实现相位锁定。当发射机发射二进制相移键控(BPSK)信号 时，接收机可以快速的实现基带信号解调。
[0005] 本发明的技术解决方案如下：
[0006] -种基于2 X 2 180°光学桥接器的自由空间相干光通信探测装置，其构成包括可 调谐本振激光光源、调制器、压控振荡器、信号光光源、光滤波器、2X2 180°自由空间光学 桥接器、平衡探测器、环路滤波器和信号接收器；
[0007] 所述的可调谐本振激光光源的输出端与所述的调制器的第一输入端相连，所述的 压控振荡器的输出端与所述的调制器的第二输入端相连，所述的调制器的输出端与所述的 光滤波器的输入端相连，该光滤波器的输出端与所述的2X2 180°自由空间光学桥接器的 第一输入端相连，所述的信号光光源的输出端与所述的2X2 180°自由空间光学桥接器的 第二输入端相连，该2X2 180°自由空间光学桥接器的第一输出端和第二输出端分别与所 述的平衡探测器的第一输入端和第二输入端相连，该平衡探测器的输出端分别与所述的环 路滤波器和信号接收器的输入端相连，该环路滤波器的输出端分别与所述的可调谐本振激 光光源和压控振荡器的输入端相连；
[0008] 所述的可调谐本振激光光源产生的本振光与压控振荡器产生的信号通过调制器 进行调制后通过带通光滤波器，再将其结果与信号光光源产生的信号光通过2X2 180°自 由空间光学桥接器进行混合，经平衡探测器探测得出电信号，一部分电信号通过信号接收 器接收，另一部分电信号经过环路滤波器反馈给可调谐本振激光光源和压控振荡器，来控 制本振光和压控振荡器输出的电压信号的频率，实现相位锁定。
[0009] 所述的2X2 180°自由空间光学桥接器包括第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四 透镜、第一偏振分束器、第二偏振分束器和四分之一波片；
[0010] 所述的平衡探测器包括第一探测器、第二探测器和差分电路；
[0011] 所述的光滤波器的输出光经第一透镜后通过第一偏振分束器变成第一垂直线偏 振光，所述的信号光光源发出的光经过第二透镜后通过第一偏振分束器变成第一水平线偏 振光，所述的第一垂直线偏振光与第一水平线偏振光经四分之一波片变成圆偏振光，经第 二偏振分束器分成第二水平线偏振光和第二垂直线偏振光，所述的第二水平线偏振光经第 四透镜入射至第一探测器，所述的第二垂直线偏振光经第三透镜入射至第二探测器，第一 探测器和第二探测器探测得到的两路电信号经差分电路后得到两路电信号之差。
[0012] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0013] 1、本发明将可调谐本振激光光源和压控振荡器同时跟踪信号光的相位变化，利用 压控振荡器反应灵敏和可调谐本振激光光源调谐范围大的优势，能够快速跟踪信号光相位 变化实现相位锁定。
[0014] 2、本发明对相位调制引起的相位偏差要求很低，系统易于调节。
[0015] 3、当发射机发射二进制相移键控(BPSK)信号时，接收机可以快速的实现基带信号 解调。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明基于2X2 180°光学桥接器的自由空间相干光通信探测装置示意图。 [0017]图2为本发明一个实施例的结构图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保 护范围。
[0019] 图1为本发明原理示意图。由图可见，本发明的的结构包括可调谐本振激光光源1、 调制器2、压控振荡器3、信号光光源4、光滤波器5、2X2 180°自由空间光学桥接器6、平衡探 测器7、环路滤波器8和信号接收器9。
[0020] 图2为本发明一个实施例的结构图。由图可见，本发明的结构包括可调谐本振激光 光源1、调制器2、压控振荡器3、信号光光源4、光滤波器5、环路滤波器6、第一透镜10、第一偏 振分束器11、第二透镜12、第三透镜13、四分之一波片16、第二偏振分束器17、第四透镜18、 第一探测器14、第二探测器15、差分电路20和信号接收器9。
[0021] 所述的可调谐本振激光光源1的输出端与所述的调制器2的第一输入端相连，所述 的压控振荡器3的输出端与所述的调制器2的第二输入端相连，所述的调制器2的输出端与 所述的光滤波器5的输入端相连，该光滤波器5的输出端与所述的2X2 180°自由空间光学 桥接器6的第一输入端相连，所述的信号光光源4的输出端与所述的2X2 180°自由空间光 学桥接器6的第二输入端相连，该2X2 180°自由空间光学桥接器6的第一输出端和第二输 出端分别与所述的平衡探测器7的第一输入端和第二输入端相连，该平衡探测器7的输出端 分别与所述的环路滤波器8和信号接收器9的输入端相连，该环路滤波器8的输出端分别与 所述的可调谐本振激光光源1和压控振荡器3的输入端相连；
[0022] 所述的可调谐本振激光光源1产生的本振光与压控振荡器3产生的信号通过调制 器2进行调制后通过带通光滤波器5,再将其结果与信号光光源4产生的信号光通过2X2 180°自由空间光学桥接器6进行混合，经平衡探测器7探测得出电信号，一部分电信号通过 信号接收器9接收，另一部分电信号经过环路滤波器8反馈给可调谐本振激光光源1和压控 振荡器3，来控制本振光和压控振荡器3输出的电压信号的频率，实现相位锁定；
[0023] 所述的可调谐本振激光光源1和压控振荡器3同时跟踪信号光的相位变化，实现相 位快速锁定。
[0024] 所述的2 X 2 180°自由空间光学桥接器6包括第一透镜10、第一偏振分束器11、第 二透镜12、第三透镜13、四分之一波片16、第二偏振分束器17、第四透镜18;
[0025] 所述的平衡探测器7包括第一探测器14、第二探测器15和差分电路20;
[0026] 所述的光滤波器5的输出光经第一透镜10后通过第一偏振分束器11变成第一垂直 线偏振光，所述的信号光光源4发出的光经过第二透镜12后通过第一偏振分束器11变成第 一水平线偏振光，所述的第一垂直线偏振光与第一水平线偏振光经四分之一波片16变成圆 偏振光，经第二偏振分束器17分成第二水平线偏振光和第二垂直线偏振光，所述的第二水 平线偏振光经第四透镜18入射至第一探测器14,所述的第二垂直线偏振光经第三透镜13入 射至第二探测器15,第一探测器14和第二探测器15探测得到的两路电信号经差分电路20后 得到两路电信号之差。
[0027]信号输出分析：
[0028] 假设本振光为平面波，则其输出表达式为：
[0029] Elo = /P^c