本發明是一種用于自由空間激光通信的裝置，具體涉及到大視場接收的逆向調制無線通信裝置，屬于無線通信技術領域。

背景技術：

激光無線通信因具有通信容量大、傳輸速率高、保密性好、抗電磁干擾能力強、重量輕、體積小、功耗低等優點，在無線通信領域中是十分重要的通信方式，將在星地及星間高速無線通信的領域，對通信內容的安全保密性要求較高的場合(比如政府、軍事部門、安全部門)，或者有強電磁干擾的場所(如戰場)等諸多場合中具有潛在的應用前景。

基于調制回復反射器的非對稱自由空間激光通信系統可用于對體積、功耗、重量限制較大的平臺上，如無人機、微小衛星等。為此基于調制回復反射器自由空間激光通信系統是未來微小型空間激光通信發展趨勢之一。

中國專利”全雙工貓眼逆向調制回復自由空間激光通信系統”，申請號CN201410592675.X，該發明在接收系統中采用了雙波長發射端、光纖電光調制器、光纖放大器，實現了全雙工高速遠距離的逆向調制回復通信功能。該發明與傳統的調制回復系統相比，通信速率高、全雙工、通信距離遠、結構緊湊。但該系統中采用了準直鏡來實現空間光耦合到單模光纖，受到單模光纖半徑和數值孔徑的限制，視場角范圍極小(遠小于0.1°)，系統工作過程中對準誤差、機械振動、熱膨脹等因素導致的接收系統入射角波動，耦合效率迅速降低，甚至中斷通信鏈路，使得遠距離調制回復通信的對準難度大大增加，系統穩定性變差，通信質量嚴重下降。

技術實現要素：

本發明為了解決現有光纖調制放大回復自由空間激光通信系統中所存在的鏈路對準視場過小、系統要求精度高、鏈路穩定性差的問題，提出了一種大視場逆向調制回復自由空間激光通信系統。

本發明采取以下技術方案：

大視場逆向調制回復自由空間激光通信系統，其特征是，該系統包括主通信端機和逆向調制回復端機兩部分，

主通信端機中，通信發射端連接到第一環行器的a端口，第一環行器的c端口與光電探測器相連，第一環行器的b端口連接耦合透鏡，卡塞格林望遠鏡與耦合透鏡同軸放置；

逆向調制回復端機中，貓眼光學系統與曲面微透鏡陣列同軸放置，貓眼光學系統通過第一單模光纖陣列與1×2耦合器陣列連接；1×2耦合器陣列的高輸出功率端通過第二單模光纖陣列連接至N×1高速光開關，1×2耦合器陣列的低輸出功率端通過第三單模光纖陣列連接至高速光電探測器陣列，高速電探測器陣列連接控制器，控制器連接高速光開關，高速光開關的輸出端連接至第二環行器的d端，第二環行器的e端接入光纖放大器，光纖放大器的輸出端接入高速調制器，高速調制器輸出端接入第二環行器的f端。

本發明的有益效果是：首先，本發明采用貓眼光學系統將光信號耦合曲面微透鏡陣列，有效的增加了通信視場角范圍(可大于幾十度)，克服單模光纖數值孔徑小導致的視場角有限的問題，降低了通信鏈路對準精度的要求，提高了通信鏈路的穩定性與效率，增強了自由空間光通信系統的實用性。其次，采用高速光開關和控制器探測和分隔不同視場角返回鏈路的信號，使得入射信號能夠沿著原有入射方向平行出射，實現主端機對信號的接收。大視場調制回復自由空間光通信系統在天地衛星通信、星間通信、無人機通信、地面基站間通信等領域將有廣泛的應用前景，尤其是商用小型衛星與地面的通信、民用小型無人機的通信等。

附圖說明

圖1為本發明大視場逆向調制回復自由空間激光通信裝置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明實施例做詳細說明。

如圖1所示，大視場逆向調制回復自由空間激光通信系統，主通信端機中，通信發射端1連接到第一環行器2的a端口，第一環行器2的c端口與光電探測器3相連，第一環行器2的b端口連接耦合透鏡4，卡塞格林望遠鏡5與耦合透鏡4同軸放置。

逆向調制回復端機中，貓眼光學系統6與曲面微透鏡陣列7同軸放置，貓眼光學系統6通過第一單模光纖陣列17與1×2耦合器陣列8連接。1×2耦合器陣列8的高輸出功率端通過第二單模光纖陣列9連接至N×1高速光開關13，1×2耦合器陣列8的低輸出功率端通過第三單模光纖陣列10連接至高速光電探測器陣列11，高速電探測器陣列11通過電線連接控制器12，控制器12電線連接高速光開關13，高速光開關13的輸出端連接至第二環行器14的d端，第二環行器14的e端接入光纖放大器15，光纖放大器15的輸出端接入高速調制器16，再將高速調制器16輸出端接入第二環行器14的f端。

系統正常工作時，通信發射端1發出通信光經由光纖從a端口進入第一環行器2，由第一環行器2的b端口進入耦合透鏡4，通信光再通過卡塞格林式望遠鏡5準直后發射進入自由空間；經過自由空間信道后，通信光由貓眼光學系統6接收，并入射至曲面微透鏡陣列7；光信號通過微透鏡陣列7耦合經由第一單模光纖陣列17進入1×2耦合器陣列8，經1×2耦合器陣列8的高輸出功率端的光通過第二單模光纖陣列9進入N×1的高速光開關13，經1×2耦合器陣列8的低輸出功率端的光通過第三單模光纖陣列10進入高速光電探測器陣列11，高速光電探測器陣列11探測到各光纖的工作狀態，將信號傳至控制器12，控制器12根據高速光電探測器陣列11的信息對高速光開關13進行控制，將有光信號通過的光纖通路打開；光信號通過d端進入第二環行器14，從第二環行器14的e端進入光纖放大器15，光放大后的信號傳至高速調制器16，信息加載完成后進入第二環行器14的f端口，再從第二環行器14的d端口通過先前打開的高速光開關13，依次經由第二單模光纖陣列9、1×2耦合器陣列8、第一單模光纖陣列17、曲面微透鏡陣列7中相應視場的微透鏡出射至貓眼光學系統6，再通過貓眼光學系統6準直進入大氣信道；通過卡塞格林望遠鏡5接收進入耦合透鏡4，進而通過b端口經由第一環行器2從c端口進入高速光電探測器3，完成通信。

所述通信發射端1包括激光器、外置電光調制器和光纖放大器，可實現高功率高速率激光調制信號的產生。

所述貓眼光學系統6為三組以上雙分離透鏡組組成的大視場光學系統，可實現貓眼效應。

所述曲面微透鏡陣列7位于貓眼光學系統6的焦平面。貓眼光學系統6可將通信光聚焦于曲面微透鏡陣列7表面，選用合適的數值孔徑，調制回復端機可高耦合效率接收、發射信號。貓眼光學系統6與曲面微透鏡陣列7的組合，可使系統以大視場角進行通信，并且在邊緣視場仍能夠保持較高的耦合效率。

所述曲面微透鏡陣列7中器件數值孔徑，需要根據所設計的貓眼光學系統、微透鏡陣列曲率大小進行計算選取，使耦合效率最大化。

所述曲面微透鏡陣列7的密集程度要根據不同應用情況對視場連續性的需求，進行合理的設置。

所述第一單模光纖陣列17的光纖端面位于曲面微透鏡陣列7的焦平面。

使用耦合器陣列8將各束光纖的傳輸狀態提取，通過控制系統12控制高速光開關13的光通路選取，可使得返回光信號按原路返回，從調制回復端機的出射光沿入射光的方向返回。

本發明隨著各類器件的集成化、小型化，響應時間的不斷縮小，該系統的性能可進一步提升，成本更低，體積與重量以及功耗進一步降低，應用會更為廣泛。