一种光通信系统、光斑整形方法及电子设备与流程

本发明涉及通信，特别是指一种光通信系统、光斑整形方法及电子设备。

背景技术：

1、在实现空天地一体化全球无缝覆盖这一目标的过程中，卫星光通信作为一种重要技术手段，其具备其他技术难以替代的大带宽优势。

2、当前的卫星光通信终端中最重要的是接收光学天线系统。接收光学天线系统的关键部件为固定形状反射式主镜和副镜，它们将收集到的光学信号送入带尾纤的光探测器中，这种光学天线是固定不可调整的。

3、在真实通信系统中，存在卫星与卫星间、卫星与地面间的光通信需求。对于星地光通信和低轨星间光通信，光在传输的过程中容易受到大气的扰动，导致光束变成随机分布的散斑(如图1所示)，而不是具备规则分布的聚集性光斑(如图3所示)。如果使用固定形状的主镜和副镜，仅仅只能起到聚焦的作用。当光斑被聚焦到尾纤端面上时，其与尾纤的耦合效率是由光斑的横向电场(如图2所示)与尾纤所支持的模式的横向电场的重叠积分所决定的。也即，虽然天线接收到了相同的光功率，但实际耦合进尾纤并进入光探测器的光功率差异很大。

4、因此，现有的光学天线系统存在光功率接收效率较低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种光通信系统、光斑整形方法及电子设备，解决了现有的光学天线系统存在光功率接收效率较低的问题。

2、为达到上述目的，本发明的实施例提供一种光通信系统，包括：主副镜光学天线、光场整形器、分光镜、第一聚焦透镜组、光场探测器、第二聚焦透镜组、尾纤、光探测器和计算单元；所述计算单元分别与所述光场整形器和所述光场探测器电信号连接；其中，

3、光斑经过所述主副镜光学天线入射至所述光场整形器；经过所述光场整形器进行整形处理后的光斑入射至所述分光镜；通过所述分光镜将光斑分光至第一空间方向和第二空间方向；

4、所述第二空间方向的光斑通过所述第二聚焦透镜组进行聚焦后入射至所述尾纤；所述尾纤耦合接收入射的光斑，并将光斑入射至所述光探测器；所述光探测器探测光信号的强度或相位信息，并将所述光信号的强度或相位信息转换为电信号；

5、所述第一空间方向的光斑通过所述第一聚焦透镜组进行聚焦后入射至所述光场探测器；

6、所述光场探测器用于检测光斑的二维光场强度，并将所述二维光场强度发送至所述计算单元；

7、所述计算单元用于根据所述二维光场强度和尾纤基模光场强度，向所述光场整形器发送控制信号；

8、所述光场整形器具体用于根据所述控制信号对光斑进行整形处理。

9、可选地，所述光场整形器为矩阵硅基液晶装置，所述矩阵硅基液晶装置包括多个硅基液晶单元。

10、可选地，所述计算单元具体用于：

11、根据所述二维光场强度和所述尾纤基模光场强度，得到耦合系数和光场调整矩阵；

12、根据所述光场调整矩阵，计算所述硅基液晶单元的相位变化量；

13、向所述光场整形器发送控制信号，所述控制信号用于控制将所述硅基液晶单元的相位矩阵调整为初始相位矩阵与所述相位变化量之和；

14、循环执行以上步骤，直至所述耦合系数大于预设门限。

15、可选地，所述计算单元具体用于：

16、根据公式：计算耦合系数ci；

17、其中，ci为耦合系数，irt_n为所述二维光场强度，i01t为尾纤基模光场强度，x和y为互相垂直的两个极化方向。

18、可选地，所述计算单元具体用于：

19、根据公式：计算光场调整矩阵hi；

20、其中，hi为所述光场调整矩阵，irt_n为所述二维光场强度，i01t为尾纤基模光场强度，x和y为互相垂直的两个极化方向。

21、为达到上述目的，本发明的实施例提供一种光斑整形方法，应用于如上所述的光通信系统，所述方法包括：

22、所述计算单元通过光场探测器，获得光斑的二维光场强度；

23、所述计算单元根据所述二维光场强度和尾纤基模光场强度，向所述光场整形器发送控制信号；

24、所述光场整形器根据所述控制信号对光斑进行整形处理。

25、可选地，在所述光场整形器为矩阵硅基液晶装置，且所述矩阵硅基液晶装置包括多个硅基液晶单元的情况下，所述计算单元根据所述二维光场强度和尾纤基模光场强度，向所述光场整形器发送控制信号，包括：

26、所述计算单元根据所述二维光场强度和所述尾纤基模光场强度，得到耦合系数和光场调整矩阵；

27、所述计算单元根据所述光场调整矩阵，计算所述硅基液晶单元的相位变化量；

28、所述计算单元向所述光场整形器发送控制信号，所述控制信号用于控制将所述硅基液晶单元的相位矩阵调整为初始相位矩阵与所述相位变化量之和；

29、循环执行以上步骤，直至所述耦合系数大于预设门限。

30、可选地，所述计算单元根据所述二维光场强度和尾纤基模光场强度，得到耦合系数，包括：

31、根据公式：计算耦合系数ci；

32、其中，ci为耦合系数，irt_n为所述二维光场强度，i01t为尾纤基模光场强度，x和y为互相垂直的两个极化方向。

33、可选地，所述计算单元根据所述二维光场强度信息和尾纤基模光场强度，得到光场调整矩阵，包括：

34、根据公式：计算光场调整矩阵hi；

35、其中，hi为所述光场调整矩阵，irt_n为所述二维光场强度，i01t为尾纤基模光场强度，x和y为互相垂直的两个极化方向。

36、为达到上述目的，本发明的实施例提供一种电子设备，包括处理器和收发机，其中，处理器用于：

37、获得光斑的二维光场强度；

38、根据所述二维光场强度和尾纤基模光场强度，对所述光斑进行整形处理。

39、为达到上述目的，本发明的实施例提供一种电子设备，包括收发器、处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令；所述处理器执行所程序或指令时实现如上所述的光斑整形方法。

40、为达到上述目的，本发明的实施例提供一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如上所述的光斑整形方法中的步骤。

41、本发明的上述技术方案的有益效果如下：

42、本发明实施例的光通信系统，包括主副镜光学天线、光场整形器、分光镜、第一聚焦透镜组、光场探测器、第二聚焦透镜组、尾纤、光探测器和计算单元；计算单元分别与光场整形器和光场探测器电信号连接；其中，光斑经过主副镜光学天线入射至光场整形器；光斑经过光场整形器进行整形处理后入射至分光镜；通过分光镜将光斑分光至第一空间方向和第二空间方向；第二空间方向的光斑通过第二聚焦透镜组进行聚焦后入射至尾纤；尾纤耦合接收入射的光斑，并将光斑入射至光探测器；光探测器探测光信号的强度或相位信息，并将光信号的强度或相位信息转换为电信号；第一空间方向的光斑通过第一聚焦透镜组进行聚焦后入射至光场探测器；光场探测器用于检测光斑的二维光场强度，并将二维光场强度发送至计算单元；计算单元用于根据二维光场强度和尾纤基模光场强度，向光场整形器发送控制信号；光场整形器具体用于根据控制信号对光斑进行整形处理。本技术的光通信系统，通过光场整形器将散斑转换为高斯或近高斯光束，实现高效耦合，能够解决现有技术中光学天线系统耦合效率低下的问题。