一种基于量子级联激光器的激光通信方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于量子级联激光器的激光通信方法及系统，其采用红外量子级联激光器，考虑传统大气环境及雾霾等恶劣天气影响，结合光电器件当前发展的技术水平，开展3-5μm和8-12μm激光信号星地激光通信系统的研究，为未来星地激光稳定高速通信技术提供一种可靠的工程化解决方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密光机电产品实用领域，尤其涉及一种基于量子级联激光器的激光通信方法及系统。
技术介绍
在信息量呈指数增长的今天，大容量通信技术需求强烈，而激光通信具有大通信容量、高传输速率、高隐蔽性、高抗干扰能力等优点，是星地大容量信息保密通信最具竞争力的可选方案之一，是满足民用、军用高码速率大容量通信方式的重要手段之一。但由于受大气衰减、大气闪烁等大气效应的影响，在天气条件较差时，目前建立的近红外波段(800nm、1064nm和1550nm波段)星地激光试验系统可通率难以满足星地激光高速数传工程应用需求。需要寻求新的通信波段或通信体制解决大气效应对星地通信链路的影响问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种基于量子级联激光器的激光通信方法及系统，其采用红外量子级联激光器，考虑传统大气环境及雾霾等恶劣天气影响，结合光电器件当前发展的技术水平，开展3-5μm和8-12μm激光信号星地激光通信系统的研究，为未来星地激光稳定高速通信技术提供一种可靠的工程化解决方案。本专利技术的基于量子级联激光器的激光通信方法，其将所述量子级联激光器采用蝶形封装结构进行封装，并通过调整所述量子级联激光器的势阱和势垒将其输出的激光信号控制在3-5μm和8-12μm波段，利用处于3-5μm和8-12μm波段的激光信号在空间中的两个终端之间进行通信。本专利技术还提供一种基于量子级联激光器的的激光通信系统，该系统由发射模块和接收模块组成，且所述发射模块和接收模块的内部结构相同，均包括：数据处理器、发射器、光学器件、控制处理器和接收器；进一步的，所述光学器件包括：光学合束光路和光学收发天线；所述控制处理器包括：二维转台和控制单元；其中：数据处理器，用于接收外部的输入数据，并对其进行组帧和编码后获得串行数据；或者接收接收子系统的电信号，并对其进行解码和分析后输出；发射器，用于接收数据处理器的串行数据，对其进行调制和驱动后转换成激光信号；光学合束光路，对发射器的激光信号进行分束处理；或者对光学收发天线接收的激光光束进行汇聚处理；光学收发天线，对分束处理后的激光信号进行准直处理后发射到空间；或者接收空间中其他激光通信系统发射来的激光光束；二维转台，用于承载光学收发天线，并通过自身角度调整对光学收发天线进行接收角度的对准；控制单元，用于根据外部控制指令控制二维转台在俯仰和方位方向上进行运动；接收器，将光学合束光路汇聚的激光光束转换为电信号；上述中发射器和接收器均为量子级联激光器，且该量子级联激光器采用蝶形封装结构进行封装，并通过调整量子级联激光器的势阱和势垒将量子级联激光器的激光信号控制在3-5μm和8-12μm波段。进一步的，所述的基于量子级联激光器的激光通信系统的接收器为碲镉汞探测器或子带间量子阱红外光电探测器。进一步的，所述的基于量子级联激光器的激光通信系统的光学合束光路采用非圆柱透镜对激光信号进行光束准直处理。本专利技术的有益效果在于：1.采用量子级联激光器作为输出光源，在不采用中红外放大器的情况下，可以实现百Mbps量级数据传输，在采用了中红外放大器情况下，可以实现数Gbps传输数据率；2.可有效避免日光干扰，太阳光中能量主要集中在可见光波段(400～760nm)，而在中远红外波段能量分布非常少，因此采用中远红外波段进行激光通信可以显著降低日光的干扰，提高通信系统淩日通信能力；3.有效降低大气散射，当通信激光光束通过大气时，大气分子，悬浮物等对光束的散射是造成激光通信光束衰减的重要因素，而通过研究发现，波长越长，收到大气散射的影响越低，因此，相比于近红外激光通信系统，采用3-5μm和8-12μm激光进行通信的系统将显著降低大气散射影响，提高通信性能；4.抗大气湍流影响，大气中由于温度不均匀，会存在或大或小的湍流团，形成不规则的透镜，而随着波长的增加，将降低这些不规则透镜的影响，减少由于湍流造成的光束闪烁和波前畸变，在时间上提高通信光束的平滑性，同等光照情况下相比于近红外激光通信可以获得更优的误码率；5.克服雾霾天气，目前我国大气中经常出现雾霾等恶劣天气，严重影响近红外激光通信的链路质量，采用3-5μm和8-12μm的中远红外激光通信，可以有效的应对中低等级的雾霾天气，增加了激光通信系统的可通率。附图说明图1为本专利技术的基于量子级联激光器的激光通信系统示意图；图2为本专利技术的基于量子级联激光器的激光通信系统的发射器示意图；图3为本专利技术的基于量子级联激光器的激光通信系统的接收器示意图；图4为本专利技术的基于量子级联激光器的激光通信系统的光学收发天线示意图。具体实施方式针对大气效应影响星地激光高速数传的瓶颈难题，本专利技术采用红外量子级联激光器，考虑传统大气环境及雾霾等恶劣天气影响，结合光电器件当前发展的技术水平，开展3-5μm和8-12μm激光信号星地激光通信系统的研究，为未来星地激光稳定高速通信技术提供一种可靠的工程化解决方案。本专利技术可以有效解决目前激光通信中存在的大气传输衰减问题，特别是有利于在雾霾、大水汽等恶劣气候环境下的星地高速稳定通信；可应用于解决国家重大专项-高分辨率对地观测系统、921空间站提出的星地高速数传的需求；同时可应用于满足空间基础设施和未来天基综合信息网高速星地数传的需求；还可应用于军兵种用天数据链等信息高速星地数传的需求。即本专利技术可以为建立星地高速激光通信链路奠定技术基础；可以推广到多个领域间星地海量数据传输与分发。基于量子级联激光器的中红外激光通信系统是由两台通信终端(A、B)组成的，每一个通信终端均能作为发射模块或接收模块，依照需求决定。两个通信终端基本组成结构是一致的，如图1所示。图1中附图标记为：11、数据处理器；12、发射器；13、光学合束光路；14、光学收发天线；15、二维转台；16、控制单17、接收器。激光通信终端主要由数据处理器、发射器、接收器、光学器件、控制处理器组成。其中外部输入数据通过高速信号线或者光纤输入数据处理器后，由数据处理器进行组帧、编码，通过LVDS接口将高速串行数据送入发射器，经过调制和驱动电路，由量子级联激光器将电信号转换成携带通信信息的激光信号，送入光学器件13、14，光学器件由光学合束光路和光学收发天线组成，光学合束光路完成接收激光和发射激光的分束，光学收发天线完成激光信号的准直，激光光束经过光学器件处理后，将信号光以一定束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于量子级联激光器的激光通信方法，其特征在于，将所述量子级联激光器采用蝶形封装结构进行封装，并通过调整所述量子级联激光器的势阱和势垒将其输出的激光信号控制在3‑5μm和8‑12μm波段，利用处于3‑5μm和8‑12μm波段的激光信号在空间中的两个终端之间进行通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于量子级联激光器的激光通信方法，其特征在于，将所述量子级
联激光器采用蝶形封装结构进行封装，并通过调整所述量子级联激光器的势阱
和势垒将其输出的激光信号控制在3-5μm和8-12μm波段，利用处于3-5μm
和8-12μm波段的激光信号在空间中的两个终端之间进行通信。
2.一种基于量子级联激光器的的激光通信系统，其特征在于，该系统由发射
模块和接收模块组成，且所述发射模块和接收模块的内部结构相同，均包括：
数据处理器、发射器、光学器件、控制处理器和接收器；
进一步的，所述光学器件包括：光学合束光路和光学收发天线；
所述控制处理器包括：二维转台和控制单元；
其中：
数据处理器，用于接收外部的输入数据，并对其进行组帧和编码后获得串
行数据；或者接收接收子系统的电信号，并对其进行解码和分析后输出；
发射器，用于接收数据处理器的串行数据，对其进行调制和驱动后转换成
激光信号；
光学合束光路，对发射器的激光信号进行分束...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向阳，石德乐，申景诗，李振宇，马宗峰，吴世臣，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37