星载全光多信道上下路由系统的制作方法
【专利摘要】星载全光多信道上下路由系统，属于空间信息网络技术领域，空间光入射到卡塞格伦光学天线，再通过耦合透镜耦合进入环行器端口b，由环行器端口c输出，输出光通过光纤进入光分插复用器的输入端口，光信号在分插复用器中进行上下路信息交换；多波长光源发出的多波长光入射到波长选择开关，波长选择开关选择需要的波长通过，通过的光波经过光调制器进入到光分插复用的相应上路端口；光探测器接收分插复用器下路光信号，并转换成电信号，对信息进行解调处理；光分插复用器输出端连接光放大器输入端口，光放大器输出端口连接环行器端口a，光信号由环行器端口b输出，输出的光信号通过耦合透镜变为平行的空间光，空间光再经卡塞格伦光学天线出射。
【专利说明】
星载全光多信道上下路由系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种星载全光多信道上下路由系统，属于空间信息网络技术领域。
【背景技术】
[0002]通过星间、星际宽带链路将海量空间数据传至卫星共享处理器或空间云计算中心进行大数据处理，以及大容量空间信息传送回地面，成为未来空间宽带信息网络主要的工作模式。因此，需要建立以天基激光链路为骨干网的宽带空间信息网络体系，形成40Gbps以上的主干带宽对航天测控、对地观测及空间科学实验等任务的高动态、实时保障模式。将采用智能高速处理、光交换和路由技术，进行信息准确获取、快速处理和高效传输的一体化，以3-5组覆盖全部中低轨的高轨星座及若干空中机动平台编队建立激光链路骨干网，并对地面特殊地区、自然灾害及军事行动等突发事件的实时业务保障，对于保卫国家安全，维护国计民生，发展空间科学，具有十分重要的意义，已经引起了世界许多国家的高度重视。
[0003]波分复用(WDM)技术是卫星激光组网的最佳方案，在星间、星际建立多波长信道复用的通信链路，采用星载全光波长路由设备进行全光交换，形成一个透明全光骨干网，可以优化波长路由选择，大大减少中间节点的处理时间，很大程度上消除时延，提高用户服务质量，满足未来宽带空间信息传输和处理要求。节点需通过光分插复用器(OADM)来实现本地上、下路功能。波长路由选择保证了光域信道的简单路由选择，最小化中间节点的处理时延将使传输时延和时延抖动大大降低。光分插复用器的实用可以方便的实现本地上下路，可以降低星载处理器的负荷。
[0004]目前，实现光分插复用器的方案主要有以下几种:基于解复用/复用结构，基于光纤布拉格光栅结构，基于光纤环行器结构，基于声-光可调谐滤波器结构。其中，基于解复用/复用结构的光分插复用器具有很好的发展前景，成为近年来研究的热点。
[0005]在光分插复用器方面的研究，参考文献为杨秀芸，基于MEMS技术的通信器件及其应用[J].电子机械工程，2005，21 (4):6-13.;其中，MEMS结构的光分插复用器输入和输出米用光纤连接，输入输出光均在光纤中传输，在上路传输时使用了 M个光源，而且信号的进出分别通过两个端口。由于星际、星间通信传输的是空间波分复用光，受限于卫星平台，空间光只能通过一个光学天线进出，所以该方案提出的光分插复用器结构并不适合用于星际、星间通信。
【发明内容】
[0006]本发明为了解决现有技术输入输出光均在光纤中传输，而且信号的进出分别通过两个端口，无法满足星际、星间通信的问题，提供一种星载全光多信道上下路由系统。
[0007]本发明采取如下技术方案:
[0008]星载全光多信道上下路由系统，其特征是，该系统包括卡塞格伦光学天线、耦合透镜、环行器、光分插复用器、η个光探测器、多波长光源、波长选择开关、η个光调制器和光放大器；
[0009]波分复用的空间光入射到卡塞格伦光学天线，经过卡塞格伦光学天线后出射平行光，平行光通过耦合透镜耦合进入环行器端口 b，由环行器端口 c输出，输出光通过光纤进入光分插复用器的输入端口，光信号在分插复用器中进行上下路信息交换；
[0010]多波长光源发出的多波长光入射到波长选择开关，波长选择开关选择需要的波长通过，通过的光波经过η个光调制器进入到光分插复用的相应上路端口；η个光探测器接收分插复用器下路光信号，并转换成电信号，对信息进行解调处理；
[0011 ] 光分插复用器输出端连接光放大器输入端口，光放大器输出端口连接环行器端口a，光信号由环行器端口b输出，输出的光信号通过耦合透镜变为平行的空间光，空间光再经卡塞格伦光学天线出射;实现波分复用光信号上下路信息的路由交换，并通过同一光学天线进出空间波分复用光。
[0012]卡塞格伦光学天线由主反射镜、副反射镜和准直镜组成，入射光首先经主反射镜反射，反射光再经副反射镜反射，然后经过准直镜平行输出。
[0013]光分插复用器具有微透镜阵列，微透镜阵列采用的透镜镀多层介质膜，利用干涉效应，只有一个特定的波长被反射，其余波长透射，实现信息的上、下路。
[0014]本发明的有益效果是:本发明设计了空间信息网络中星载全光多信道上下路由系统，利用同一卡塞格伦光学天线和环行器实现波分复用光信号的进出，并通过光分插复用器实现多信道上下路由交换，且多层介质膜透镜可以实现波长选择，通过多波长光源和波长选择开关可选择需要插入的信道波长，无需复用/解复用器，实现多个波长信道的上下路，使系统结构更简单，该系统控制简单、体积小、成本低、插入损耗小、信道隔离度高、结构紧凑，能够满足空间全光网络的要求。
【附图说明】
[0015]图1为本发明星载全光多信道上下路由系统结构示意图。
[0016]图2为本发明光分插复用器、多波长光源和波长选择开关结构关系示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0018]如图1所示，星载全光多信道上下路由系统，包括卡塞格伦光学天线1、耦合透镜2、环行器3、光分插复用器4、n个光探测器5、多波长光源6、波长选择开关7、n个光调制器8和光放大器9。
[0019]其中，卡塞格伦光学天线由主反射镜1-1、副反射镜1-2和准直镜1-3组成。
[0020]光分插复用器4具有I Xn的微透镜阵列KhK2J3,...，!(?，微透镜阵列采用的透镜镀多层介质膜，利用干涉效应，只有一个特定的波长被反射，其余波长透射，实现信息的上、下路。
[0021]波分复用的空间光入射到卡塞格伦光学天线I，入射光首先经主反射镜1-1反射，反射光再经副反射镜1-2反射，然后经过准直镜1-3平行输出。输出的平行光通过耦合透镜2耦合进入环行器3端口b，由环行器3端口c输出，输出光通过光纤进入光分插复用器4的输入端口。
[0022]多波长光源6发出的多波长光入射到波长选择开关7，波长选择开关7选择需要的波长通过，通过的光波经过η个光调制器8后，进入到光分插复用器4的相应上路端口，η个光调制器8分别与η个微透镜阵列Κι，Κ2，Κ3，…，Κ4应。η个光探测器5分别接收分插复用器4下路光信号，并转换成电信号，对信息进行解调处理。
[0023]完成信息上下路交换的光信号在光分插复用器4输出端输出，光信号通过光纤输入到光放大器9的输入端口，经过光放大器9放大后进入环行器3的端口c，再由环行器3端口a输出，光信号经过耦合透镜2变为平行光，再通过卡塞格伦光学天线I原路出射，实现波分复用光信号上下路信息的路由交换，并通过同一光学天线进出空间波分复用光。
[0024]如图2所示，波分复用光信号经分插复用器4输入端口输入到IXn的微透镜阵列KhK2A3,…，Kn，调整微透镜阵列状态，实现特定波长的上、下路。η个微透镜反射波长分别
，λη，波分复用光信号中，如果波长为λχ(χ=1，2，3，…，η)的信号需要下路，同时本地信号通过λχ上路，只需要控制波长为λχ的透镜KxU=I，2，3，…，η)，使信号反射到下路端口完成下路，同时上路信号通过反射，与其余波长的信号同时到达输出端口。为了实现多个信号同时上、下路，并且节约成本，减小系统的复杂程度，上路信号发射由多波长光源6和波长选择开关7完成，当需要λχ上路时，波长选择开关7在多波长光源6发出的多波长光中选择λχ波长的光波通过，阻止其它波长通过，当需要多个波长的信号上路时，波长选择开关7同时允许需要的波长通过，通过的光波经过光调制器8后，进入到光分插复用器4的相应上路端口。
【主权项】
1.星载全光多信道上下路由系统，其特征是，该系统包括卡塞格伦光学天线(I)、耦合透镜(2)、环行器(3)、光分插复用器(4)、n个光探测器(5)、多波长光源(6)、波长选择开关(7)、n个光调制器(8)和光放大器(9); 波分复用的空间光入射到卡塞格伦光学天线(I)，经过卡塞格伦光学天线(I)后出射平行光，平行光通过耦合透镜(2)耦合进入环行器(3)端口b，由环行器(3)端口c输出，输出光通过光纤进入光分插复用器(4)的输入端口，光信号在分插复用器(4)中进行上下路信息交换； 多波长光源(6)发出的多波长光入射到波长选择开关(7)，波长选择开关(7)选择需要的波长通过，通过的光波经过η个光调制器(8)进入到光分插复用器(4)的相应上路端口；η个光探测器(5)接收分插复用器(4)下路光信号，并转换成电信号，对信息进行解调处理； 光分插复用器(4)输出端连接光放大器(9)输入端口，光放大器(9)输出端口连接环行器(3)端口 a，光信号由环行器(3)端口 b输出，输出的光信号通过耦合透镜(2)变为平行的空间光，空间光再经卡塞格伦光学天线(I)出射;实现波分复用光信号上下路信息的路由交换，并通过同一光学天线进出空间波分复用光。2.根据权利要求1所述的星载全光多信道上下路由系统，其特征是，卡塞格伦光学天线(I)由主反射镜(1-1)、副反射镜(1-2)和准直镜(1-3)组成，入射光首先经主反射镜(1-1)反射，反射光再经副反射镜(1-2)反射，然后经过准直镜(1-3)平行输出。3.根据权利要求1所述的星载全光多信道上下路由系统，其特征是，光分插复用器(4)具有微透镜阵列，微透镜阵列采用的透镜镀多层介质膜，利用干涉效应，只有一个特定的波长被反射，其余波长透射，实现信息的上、下路。
【文档编号】H04Q11/00GK105898628SQ201610301084
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】王天枢, 毕明喆, 张鹏, 苏煜炜, 李晓燕, 刘显著, 张立中, 姜会林
【申请人】长春理工大学