本發(fā)明涉及光通信，特別涉及一種抗入射角抖動(dòng)的自由空間光耦合裝置。

背景技術(shù)：

1、空間光向光電探測(cè)器的耦合技術(shù)是自由空間光通信(fso)系統(tǒng)的重要組成部分，其耦合效率決定了通信鏈路的誤碼率、中斷概率、信道容量等關(guān)鍵指標(biāo)。在fso系統(tǒng)中，典型的耦合裝置包括云臺(tái)、分光鏡、偏轉(zhuǎn)鏡、準(zhǔn)直透鏡等光學(xué)元器件。接收機(jī)通過(guò)成像器件或四象限探測(cè)器監(jiān)測(cè)激光角度，通過(guò)調(diào)整云臺(tái)方向控制激光入射角度，并最終通過(guò)單個(gè)凸透鏡或透鏡組將入射激光聚焦并耦合進(jìn)入光纖。

2、現(xiàn)有的方案使用了單個(gè)透鏡作為光纖耦合透鏡，當(dāng)入射光角度發(fā)生誤差，即不是平行于透鏡主光軸入射時(shí)，光斑落點(diǎn)會(huì)發(fā)生顯著偏移，導(dǎo)致激光無(wú)法耦合入光纖或小面積的pd。若使用高減速比、高精度的電控偏轉(zhuǎn)鏡去調(diào)整激光入射角，則會(huì)出現(xiàn)成本過(guò)高、激光角度調(diào)節(jié)速度過(guò)慢的問(wèn)題，無(wú)法應(yīng)對(duì)接收機(jī)高速運(yùn)動(dòng)的情況。當(dāng)接收端移動(dòng)時(shí)，入射光方向會(huì)發(fā)生快速改變和抖動(dòng)，導(dǎo)致光斑位置發(fā)生偏移。由于云臺(tái)的機(jī)動(dòng)性有限且成像器件的響應(yīng)速度不足，光斑位置的偏移難以被及時(shí)補(bǔ)償，導(dǎo)致光斑在光纖端面附近發(fā)生抖動(dòng)，造成通信中斷。因此，現(xiàn)有的空間光耦合裝置難以解決運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的光信號(hào)穩(wěn)定接收難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種抗入射角抖動(dòng)的自由空間光耦合裝置，能夠抑制使光斑隨入射光的角度變化，并在光斑偏離通信用pd時(shí)估計(jì)出偏移方向，從而及時(shí)、準(zhǔn)確地調(diào)整光入射角，恢復(fù)光斑位置。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供一種抗入射角抖動(dòng)的自由空間光耦合裝置，包括：

3、耦合透鏡組，包括多個(gè)凸透鏡，用于減少入射光角度對(duì)光斑位置的影響；

4、設(shè)置在接收平面的不同尺寸、不同帶寬的光電二極管(photo-diode，pd)，用于高速光通信和光斑位置檢測(cè)。

5、可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在耦合透鏡組中，除光線(xiàn)入射的第一個(gè)凸透鏡外，其余凸透鏡與前一個(gè)成像面的距離均大于與后一個(gè)成像面的距離。

6、可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，大帶寬pd具有更小的面積，小帶寬pd具有更大的面積，小面積pd放置在大面積pd中間，被大面積pd環(huán)繞。

7、可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：

8、跨阻放大器，用于對(duì)比較跨阻放大器的輸出電壓進(jìn)行估計(jì)根據(jù)估計(jì)結(jié)果調(diào)節(jié)入射光方向，優(yōu)化光斑位置。

9、可選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，接收平面和最后一級(jí)成像平面存在偏差。

10、本發(fā)明實(shí)施例的抗入射角抖動(dòng)的自由空間光耦合裝置，采用多個(gè)透鏡實(shí)現(xiàn)極短焦距的耦合透鏡組，使光斑位置受入射光角度的影響盡可能小，從而抵抗接收機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)難以避免的入射角抖動(dòng)，并在光斑偏離通信pd時(shí)探測(cè)到光斑偏離方向，從而快速糾正入射光方向，恢復(fù)通信鏈路。

11、本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種抗入射角抖動(dòng)的自由空間光耦合裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在耦合透鏡組中，除光線(xiàn)入射的第一個(gè)凸透鏡外，其余凸透鏡與前一個(gè)成像面的距離均大于與后一個(gè)成像面的距離。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，大帶寬pd具有更小的面積，小帶寬pd具有更大的面積，小面積pd放置在大面積pd中間，被大面積pd環(huán)繞。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，接收平面和最后一級(jí)成像平面存在偏差。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種抗入射角抖動(dòng)的自由空間光耦合裝置，屬于光通信領(lǐng)域。采用多個(gè)凸透鏡實(shí)現(xiàn)極短等效焦距的耦合透鏡組，使光斑位置受入射光角度的影響盡可能小，并在接收平面上安裝了尺寸不同、帶寬不同的光電二極管，分別用于通信和光斑位置監(jiān)測(cè)，從而對(duì)抗接收機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)難以避免的入射角抖動(dòng)，并在光斑偏離通信光電二極管時(shí)探測(cè)到光斑偏離方向，從而快速糾正入射光方向，恢復(fù)通信鏈路。

技術(shù)研發(fā)人員：朱秉誠(chéng),凌昊天,張?jiān)阼?陳績(jī),吳亮,黨建,汪磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6