美军研发红外激光系统解析国内外激光通信技术发展趋势

2013-05-25 09:02

　　(1)光信号的发射与接收

　　1)高功率光源及高码率调制技术

　　在激光通信系统中大多可以采用半导体激光器或半导体泵浦的YAG 固体激光器作为信标光和信号光的光源，工作波长为0.8- 1.5 pm 近红外波段。通常信标光的调制频率为几十赫兹至几千赫兹或几千赫兹至几十千赫兹，以便克服背景光的干扰。

　　2)高灵敏度抗干扰的光接收技术

　　在空间光通信系统中，接收的光信号通常都很微弱。此外，在高背景噪声场(如太阳光、月光、星光等)的干扰情况下，又加大了光信号接收的难度。快速、精确捕获目标和接收目标信号就是光、机、电结合的精密综合技术，也是空间激光通信的核心技术之一。一般采用两种方法削弱这种影响。

　　① 提高接收端机的灵敏度，最好达到nW—pW量级。

　　② 对所接收的信号进行统计处理，在光信道上采用光窄带滤波器( 干涉滤光片或原子滤光器，但由于通光频带较窄，对存在多普勒效应的光波滤光效果存在很大的缺陷) 以抑制背景杂散光的干扰，在电信道上采用微弱信号检测与处理技术。

　　3)精密、可靠、高增益的收发天线

　　为完成系统的双向互逆跟踪，光通信系统均采用收、发合一的天线。由于半导体激光器光束质量一般比较差，要求天线增益要高，另外，为适应空间系统，天线(包括主副镜、合束、分束滤光片等光学元件)总体结构要紧凑、轻巧、稳定可靠。

　　(2)光束的捕获、对准、与跟踪

　　1) 捕获、对准过程：分别以A， B 表示需建立光链路的两个终端

　　① A 端机发出信标光，然后在不确定视场范围内进行扫描。B 端在A 端扫描的同时采取跳步扫描的方式进行扫描，另一帧B 端跳一步，凝视于另一角度.如果不确定视场不大，而B 端的接收视场等于或大于不确定视场时，则B 端不必进行扫描，只处于凝视等待状态。A 端信标光的光束在扫描过程中必然会落在B 端的接收视场内，即B 端必然会接收到A 端的信标光。

　　② 当B 端接收到A 端的信标光后， B 端探测器输出的位置误差信号，经处理后送给万向支架控制器，驱动万向支架转动，从而对准A 端。A 端收到B 端的信标光，达到一定门限后，扫描停止。A 端探测器(CCD)功输出位置误差信号，经处理后送给万向支架控制器，驱动万向支架转动，进一步对准B端。

　　③ A 端和B 端进一步调整，从而达到捕获、对准的目的。

　　光速的捕捉、对准与跟踪过程示意图如图2 所示：

　　2) 目标跟踪

　　跟踪、瞄准系统是进行精跟踪，其功能是在完成了目标捕获后，对目标进行瞄准和实时跟踪。通常采用4 象限红外探测仪QD 或Q- APD 高灵敏度位置传感器来实现，并有相应电子伺服控制系统。