空间光通信装置的制作方法

本技术涉及空间光通信，具体涉及一种空间光通信装置。

背景技术：

1、空间激光通信技术使用激光作为载波传输信息，一般会利用光信号的波长/频率、时间、幅度、相位和偏振这些物理参量来进行信号搭载。但是常规的信息载体面对后期的大容量通信已经处于完全开发状态，因此有必要扩展自由空间光通信中的信息容量。

2、可以通过激光偏振服用来扩展空间光通信中的信息容量。常规的激光偏振复用设备，通常采取正交的线偏振光作为信息的载体，从而对信号进行传输。此时信道中会存在两路信号。为了避免信号之间的串扰，此类系统的容量上限也止步于此。

3、另外，自由空间信道中的随机大气扰动，对于自由空间传输中的光信号影响较大，进而导致在接收端接收到的信息会产生较高的误码率。因此，有必要提出节能扩展空间光通信中的信息容量，又能抗大气扰动的通信系统。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种空间光通信装置，旨在解决现有技术中空间光通信技术信息容量小、抗大气扰动能力低的技术问题。

2、本技术实施例提供的空间光通信装置，包括信号发射模块和信号接收模块，其特征在于：信号发射模块包括激发光单元、第一分束单元、信息加载单元、光学调制单元、合束单元和信号发射单元，

3、激发光单元用于产生激光光束，

4、第一分束单元用于将激光光束分为多路分束光束，

5、信息加载单元用于为每一路分束光束加载信号，得到携带信号的多路发射端信号光束，

6、光学调制单元用于将各路发射端信号光束分别调制成预设旋向、预设拓扑荷和预设初始相位的涡旋光束，

7、合束单元用于将多路涡旋光束进行合束，得到包含径向偏振光束和角向偏振光束的合束光束，

8、信号发射单元用于将合束光束传输给信号接收模块。

9、根据本技术的实施方式，每一路发射端信号光束对应一路发射端光学通道；

10、光学调制单元包括多组光学调制组件，每一路发射端光学通道设置一组光学调制组件；

11、每一组光学调制组件至少包括沿着光路传播方向设置的圆偏振片和一阶涡旋波片，或

12、每一组光学调制组件至少包括沿着光路传播方向设置的线偏振片、四分之一波片和一阶涡旋波片。

13、根据本技术前述任一实施方式发射端光学通道包括第一发射端光学通道、第二发射端光学通道、第三发射端光学通道，光学调制单元包括与第一发射端光学通道对应的第一光学调制组件、与第二发射端光学通道对应的第二光学调制组件、与第三发射端光学通道对应的第三光学调制组件，

14、第一光学调制组件用于将对应的发射端信号光束调制成旋向为左旋、拓扑荷为-1、初始相位为0的第一涡旋光束，

15、第二光学调制组件用于将对应的发射端信号光束调制成旋向为右旋、拓扑荷为1、初始相位为0的第二涡旋光束和第三涡旋光束，

16、第三光学调制组件用于将对应的发射端信号光束调制成旋向为左旋、拓扑荷为-1、初始相位为π的第四涡旋光束。

17、根据本技术前述任一实施方式第一光学调制组件包括沿着光路传播方向设置的第一右旋圆偏振片和第一一阶涡旋波片，

18、第二光学调制组件包括沿着光路传播方向设置的第一左旋圆偏振片、第二一阶涡旋波片、第一分束元件，第一分束元件用于将从第二一阶涡旋波片出射的涡旋光束分束为第二涡旋光束和第三涡旋光束，

19、第三光学调制组件包括沿着光路传播方向设置的第二右旋圆偏振片、第三一阶涡旋波片和第一二分之一波片。

20、根据本技术前述任一实施方式合束单元包括第一合束组件、第二合束组件和第三合束组件，

21、第一合束组件用于将第一涡旋光束、第二涡旋光束进行合束，得到角向偏振光束，

22、第二合束组件用于将第三涡旋光束、第四涡旋光束进行合束，得到径向偏振光束，

23、第三合束组件用于将角向偏振光束和径向偏振光束进行合束，得到合束光束。

24、根据本技术前述任一实施方式第一合束组件包括第一全反镜和第一反射镜，

25、第一全反镜位于第一一阶涡旋波片的出光侧，第一反射镜同时位于第一分束元件的第一出光侧和第一全反镜的出光侧，或

26、第一全反镜位于第一分束元件的第一出光侧，第一反射镜同时位于第一一阶涡旋波片的出光侧和第一全反镜的出光侧；

27、和/或

28、第二合束组件包括第二全反镜、第三全反镜和第二反射镜，

29、第三全反镜位于第一分束元件的第二出光侧，

30、第二全反镜位于第一二分之一波片的出光侧，第二反射镜同时位于第二全反镜和第三全反镜的出光侧，或

31、第二全反镜位于第三全反镜的出光侧，第二反射镜同时位于第三全反镜和第一二分之一波片的出光侧；

32、和/或

33、第三合束组件包括第四全反镜和第三反射镜，第四全反镜位于第一反射镜与第二反射镜中的一者的出光侧，第三反射镜位于第一反射镜与第二反射镜中的另一者的出光侧，第三反射镜还同时位于第四全反镜的出光侧。

34、根据本技术前述任一实施方式信号发射单元包括扩束镜，扩束镜位于第三反射镜的出光侧。

35、根据本技术前述任一实施方式信号接收模块包括信号接收单元、第二分束单元、光学解调单元和信息解码单元，

36、信号接收单元用于接收来自信号发射单元的合束光束，

37、第二分束单元用于将合束光束分为多路接收端信号光束，每一路接收端信号光束对应一路发射端信号光束，

38、光学解调单元用于将各路接收端信号光束分别转换为携带信号的线偏振光束，各路线偏振光束携带的信号来源不同，

39、信息解码单元用于接收多路线偏振光束并对多路线偏振光束进行解码获得原始加载信号。

40、根据本技术前述任一实施方式每一路接收端信号光束对应一路接收端光学通道；

41、光学解调单元包括多组光学解调组件，每一路接收端光学通道设置一组光学解调组件，

42、每一组光学解调组件至少包括沿着光路传播方向设置的一阶涡旋波片和圆偏振片，或

43、每一组光学解调组件至少包括沿着光路传播方向设置的一阶涡旋波片、线偏振片和四分之一波片。

44、根据本技术前述任一实施方式接收端光学通道包括第一接收端光学通道、第二接收端光学通道、第三接收端光学通道，光学解调组件包括与第一接收端光学通道对对应的第一光学解调组件、与第二接收端光学通道对应的第二光学解调组件、与第三接收端光学通道对应的第三光学解调组件，

45、第一光学解调组件包括沿着光路传播方向设置的第四一阶涡旋波片和第三右旋圆偏振片，

46、第二光学解调组件包括沿着光路传播方向设置的第五一阶涡旋波片和第二左旋圆偏振片，

47、第三光学解调组件包括沿着光路传播方向设置的第二二分之一波片、第六一阶涡旋波片和第四右旋圆偏振片。

48、根据本技术前述任一实施方式第二分束单元包括第一分束组件和第二分束组件，

49、第一分束组件用于将从信号接收模块出射的合束光束分束为两路接收端信号光束，

50、第二分束组件用于将从第一分束组件分出的一路接收端信号光束分束为两路接收端信号光束。

51、根据本技术前述任一实施方式第一分束组件包括第二分束元件和第五全反镜，第二分束元件位于信号接收模块的出光侧，第五全反镜位于第二分束元件的第一出光侧；

52、第二分束组件包括第三分束元件和第六全反镜，第三分束元件位于第二分束元件的第二出光侧，第六全反镜位于第三分束元件的第一出光侧。

53、根据本技术前述任一实施方式第四一阶涡旋波片位于第六全反镜的出光侧，

54、第二二分之一波片位于第三分束元件的第二出光侧，

55、第五一阶涡旋波片位于第五全反镜的出光侧。

56、根据本技术前述任一实施方式第一分束单元包括多路复用器，多路复用器用于将激光光束分为三路光束，三路光束的能量比为1：2：1。

57、根据本技术前述任一实施方式信息加载单元包括沿着各路光束的传播方向设置的用于接收光束和加载信号的光电强度调制器。

58、根据本技术前述任一实施方式激发光单元与第一分束单元之间、第一分束单元与各光电强度调制器之间通过光纤连接，

59、信号发射模块还包括空间光切换单元，空间光切换单元包括沿着各发射端信号光束的传播方向设置的光纤准直器，各光电强度调制器与对应的光纤准直器之间通过光纤连接，各光纤准直器用于将光纤传输模式的光信号切换到空间光场。

60、根据本技术前述任一实施方式信号接收单元包括望远镜，望远镜位于第二分束元件的入光侧。

61、根据本技术前述任一实施方式在每一路接收端光学通道的出光侧设置有空间光耦合器，空间光耦合器用于接入连接信息解码单元的光纤。

62、根据本技术前述任一实施方式信息解码单元包括光电探测器和信号解码器，每一个空间光耦合器通过光纤连接一个光电探测器，所有光电探测器均与信号解码器连接。

63、本技术实施例的空间光通信装置，将偏振光场(线偏振光场)作为信息载体，矢量光场(径向偏振光场和角向偏振光场的叠加)作为传输模式，从而实现自由空间中的多路信息同时传输，由于空间偏振态分布不均匀的矢量光场作为信息在空间中的传输模式，对于抗大气湍流的表现具有数量级的提升，因此，本技术实施例的空间光通信装置在扩展信息容量的同时，能够有效提高装置抗大气干扰的能力。