一种单波长二维大角度光束扫描光学系统和控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种单波长二维大角度光束扫描光学系统，所述系统包括：稳频激光器、偏振控制器、光波导相控阵、偏振方向控制器、半透半反镜、液晶相控阵、液晶延迟器、偏振光栅和计算机；稳频激光器通过光纤连接所述偏振控制器，用于将发射出的单波长激光通过光纤传输至所述偏振控制器；光波导相控阵用于将经由所述偏振控制器控制后的激光发射至空间中，并基于所述计算机的控制进行一维光束扫描；偏振方向控制器用于改变发射至空间中的激光的偏振方向使其与所述液晶相控阵的入射光偏振态需求相匹配，所述液晶延迟器出射的光束耦合至偏振光栅，对所述光束进行衍射，扩大光束扫描角度。极大减小了远距离空间激光通信伺服系统体积、重量及功耗。量及功耗。量及功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种单波长二维大角度光束扫描光学系统和控制方法


[0001]本专利技术涉及激光通信
，具体涉及一种单波长二维大角度光束扫描光学系统和控制方法。

技术介绍

[0002]激光通信相比于传统的微波通信，具有带宽高、束散角小、抗电磁干扰等特点，由于激光通信具有更高的传输速率，更好的通信保密性等优势。因此激光通信被广泛的应用于通信领域中。
[0003]具体地，现有的空间激光通信传输距离远、通信速率高，已应用于星
‑
间、星
‑
地等大容量通信链路中。传统的空间激光通信系统为了实现远距离大容量数据传输，需设计大口径光学系统压窄激光束散角至近衍射极限，使用机械转台、跟踪振镜进行精密对准，导致激光通信系统体积大、线性扫描范围受限。为了克服上述缺陷后续采用光波导相控阵天线，可大幅度减小系统重量尺寸和功耗，同时可进行大角度光束扫描，对未来小卫星激光通信载荷轻小型化的发展极具吸引力，但是受限于工艺条件，光学相控阵天线大都为一维光束扫描，二维扫描需结合波长调节等方式。而星间大容量激光通信多采用相干通信体制，对激光波长有严格要求，因此单波长二维相控阵天线是激光通信的关键需求。
[0004]上述问题是目前亟待解决的。

技术实现思路

[0005]本专利技术要克服现有技术的上述至少一个缺点，一方面，提供了一种单波长二维大角度光束扫描光学系统，所述系统包括：稳频激光器、偏振控制器、光波导相控阵、偏振方向控制器、半透半反镜、液晶相控阵、液晶延迟器、偏振光栅和计算机；所述稳频激光器通过光纤连接所述偏振控制器，用于将发射出的单波长激光通过光纤传输至所述偏振控制器；所述偏振控制器用于控制激光的偏振态；所述光波导相控阵用于将经由所述偏振控制器控制后的激光发射至空间中，并基于所述计算机的控制进行一维光束扫描；所述偏振方向控制器用于改变发射至空间中的激光的偏振方向使其与所述液晶相控阵的入射光偏振态需求相匹配；所述半透半反镜用于将偏振方向控制器发射的激光透射至液晶相控阵中；所述液晶相控阵用于基于所述计算机的控制进行二维光束扫描，所述光束经由半透半反镜耦合至液晶延迟器；所述液晶延迟器用于基于所述计算机的控制动态调控耦合至液晶延迟器的激光的偏振态；所述液晶延迟器出射的光束耦合至偏振光栅，所述偏振光栅用于对所述光束进行衍射，扩大光束扫描角度。
[0006]可选的，所述偏振方向控制器包括偏振片和半波片；所述偏振片一侧与所述光波导相控阵相连，另一侧连接所述半波片；所述半波片另一侧连接于所述半透半反镜；所述偏振片用于接收所述光波导相控阵发射的激光，并控制接收到的激光为线偏振光；所述半波片用于改变所述线偏振光的方向使其与所述液晶相控阵的入射光偏振态需求相匹配。
[0007]可选的，所述液晶相控阵的阵元与所述光波导相控阵的阵元方向相垂直。
[0008]可选的，所述系统还包括波控器，所述波控器一端连接至所述计算机，另一端连接至所述液晶相控阵；所述计算机控制所述波控器驱动所述液晶相控阵，控制光束进行二维光束扫描。
[0009]可选的，所述系统还包括λ/4波片，所述λ/4波片的一端连接至半透半反镜，另一端连接至液晶延迟器；所述λ/4波片用于将接收到的线偏振光转变为圆偏振光。
[0010]可选的，所述λ/4波片快轴与线偏振光方向夹角为45
°
。
[0011]可选的，所述系统还包括电压控制器，所述电压控制器的一端连接于所述计算机，另一端连接于所述液晶延迟器；所述计算机控制所述电压控制器驱动液晶延迟器动态调控激光的偏振态。
[0012]可选的，所述计算机控制所述电压控制器驱动液晶延迟器，使激光的偏振态实现从左旋圆偏振光到右旋圆偏振光的切换。
[0013]可选的，所述偏振光用于对所述光束进行
±
1级衍射，其中，所述偏振光栅
±
1级衍射角度与所述液晶相控阵的光束控制角度范围一致。
[0014]另一方面，本专利技术还提供了一种单波长二维大角度光束扫描控制方法，所述方法包括：稳频激光器通过光纤连接所述偏振控制器，将发射出的单波长激光通过光纤传输至所述偏振控制器；基于偏振控制器控制激光的偏振态；基于光波导相控阵将经由所述偏振控制器控制后的激光发射至空间中，并基于计算机的控制对所述激光进行一维光束扫描；基于偏振方向控制器改变发射至空间中的激光的偏振方向使其与液晶相控阵的入射光偏振态需求相匹配；基于半透半反镜将偏振方向控制器发射的激光透射至液晶相控阵中；液晶相控阵基于所述计算机的控制对所述激光进行二维光束扫描，所述光束经由半透半反镜耦合至液晶延迟器；液晶延迟器基于所述计算机的控制动态调控耦合至液晶延迟器的激光的偏振态；液晶延迟器出射的光束耦合至偏振光栅，所述偏振光栅对所述光束进行衍射，扩大光束扫描角度。
[0015]又一方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有一个或一个以上的指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的单波长二维大角度光束扫描控制方法。
[0016]再一方面，本专利技术提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述的单波长二维大角度光束扫描控制方法。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种单波长二维大角度光束扫描光学系统，所述系统包括：稳频激光器、偏振控制器、光波导相控阵、偏振方向控制器、半透半反镜、液晶相控阵、液晶延迟器、偏振光栅和计算机；所述稳频激光器通过光纤连接所述偏振控制器，用于将发射出的单波长激光通过光纤传输至所述偏振控制器；所述偏振控制器用于控制激光的偏振态；所述光波导相控阵用于将经由所述偏振控制器控制后的激光发射至空间中，并基于所述计算机的控制进行一维光束扫描；所述偏振方向控制器用于改变发射至空间中的激光的偏振方向使其与所述液晶相控阵的入射光偏振态需求相匹配；所述半透半反镜用于将偏振方向控制器发射的激光透射至液晶相控阵中；所述液晶相控阵用于基于所述计算机的控制进行二维光束扫描，所述光束经由半透半反镜耦合至液晶延迟器；所述液晶延迟器用于基于所述计算机的控制动态调控耦合至液晶延迟器的激光的偏振态；所述液晶
延迟器出射的光束耦合至偏振光栅，所述偏振光栅用于对所述光束进行衍射，扩大光束扫描角度。可实现单波长光束二维大角度连续偏转，极大减小了远距离空间激光通信伺服系统体积、重量及功耗，克服了反射式液晶相控阵入射光束与出射光束难以分开的难题，提高了空间激光通信系统终端的集成度，可广泛应用于星
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间、星
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地等远距离大容量空间激光通信链路中，为下一代星载小型化激光通信终端提供基础。
附图说明
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0019]图1是本专利技术实施例所提供的一种单波长二维大角度光束扫描光学系统结构图。
[0020]图2是本专利技术实施例所提供的一种单波长二维大角度光束扫描控制方法流程图。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单波长二维大角度光束扫描光学系统，其特征在于，所述系统包括：稳频激光器(1)、偏振控制器(2)、光波导相控阵(3)、偏振方向控制器(4)、半透半反镜(5)、液晶相控阵(6)、液晶延迟器(7)、偏振光栅(8)和计算机(9)；所述稳频激光器(1)通过光纤连接所述偏振控制器(2)，用于将发射出的单波长激光通过光纤传输至所述偏振控制器(2)；所述偏振控制器(2)用于控制激光的偏振态；所述光波导相控阵(3)用于将经由所述偏振控制器(2)控制后的激光发射至空间中，并基于所述计算机(9)的控制进行一维光束扫描；所述偏振方向控制器(4)用于改变发射至空间中的激光的偏振方向使其与所述液晶相控阵(6)的入射光偏振态需求相匹配；所述半透半反镜(5)用于将偏振方向控制器(4)发射的激光透射至液晶相控阵(6)中；所述液晶相控阵(6)用于基于所述计算机(9)的控制进行二维光束扫描，所述光束经由半透半反镜(5)耦合至液晶延迟器(7)；所述液晶延迟器(7)用于基于所述计算机(9)的控制动态调控耦合至液晶延迟器(7)的激光的偏振态；所述液晶延迟器(7)出射的光束耦合至偏振光栅(8)，所述偏振光栅(8)用于对所述光束进行衍射，扩大光束扫描角度。2.根据权利要求1所述的单波长二维大角度光束扫描光学系统，其特征在于，所述偏振方向控制器(4)包括偏振片(401)和半波片(402)；所述偏振片(401)一侧与所述光波导相控阵(3)相连，另一侧连接所述半波片(402)；所述半波片(402)另一侧连接于所述半透半反镜(5)；所述偏振片(401)用于接收所述光波导相控阵(3)发射的激光，并控制接收到的激光为线偏振光；所述半波片(402)用于改变所述线偏振光的方向使其与所述液晶相控阵(6)的入射光偏振态需求相匹配。3.根据权利要求2所述的单波长二维大角度光束扫描光学系统，其特征在于，所述液晶相控阵(6)的阵元与所述光波导相控阵(3)的阵元方向相垂直。4.根据权利要求1所述的单波长二维大角度光束扫描光学系统，其特征在于，所述系统还包括波控器(10)，所述波控器(10)一端连接至所述计算机(9)，另一端连接至所述液晶相控阵(6)；所述计算机(9)控制所述波控器(10)驱动所述液晶相控阵(6)，控制光束进行二维光束扫描。5.根据权利要求1所述的单波长二维大角...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，杨翘楚，于笑楠，马万卓，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：