星載全光多信道上下路由系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】星載全光多信道上下路由系統(tǒng)，屬于空間信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，空間光入射到卡塞格倫光學(xué)天線，再通過耦合透鏡耦合進入環(huán)行器端口b，由環(huán)行器端口c輸出，輸出光通過光纖進入光分插復(fù)用器的輸入端口，光信號在分插復(fù)用器中進行上下路信息交換；多波長光源發(fā)出的多波長光入射到波長選擇開關(guān)，波長選擇開關(guān)選擇需要的波長通過，通過的光波經(jīng)過光調(diào)制器進入到光分插復(fù)用的相應(yīng)上路端口；光探測器接收分插復(fù)用器下路光信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，對信息進行解調(diào)處理；光分插復(fù)用器輸出端連接光放大器輸入端口，光放大器輸出端口連接環(huán)行器端口a，光信號由環(huán)行器端口b輸出，輸出的光信號通過耦合透鏡變?yōu)槠叫械目臻g光，空間光再經(jīng)卡塞格倫光學(xué)天線出射。
【專利說明】
星載全光多信道上下路由系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種星載全光多信道上下路由系統(tǒng)，屬于空間信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]通過星間、星際寬帶鏈路將海量空間數(shù)據(jù)傳至衛(wèi)星共享處理器或空間云計算中心進行大數(shù)據(jù)處理，以及大容量空間信息傳送回地面，成為未來空間寬帶信息網(wǎng)絡(luò)主要的工作模式。因此，需要建立以天基激光鏈路為骨干網(wǎng)的寬帶空間信息網(wǎng)絡(luò)體系，形成40Gbps以上的主干帶寬對航天測控、對地觀測及空間科學(xué)實驗等任務(wù)的高動態(tài)、實時保障模式。將采用智能高速處理、光交換和路由技術(shù)，進行信息準確獲取、快速處理和高效傳輸?shù)囊惑w化，以3-5組覆蓋全部中低軌的高軌星座及若干空中機動平臺編隊建立激光鏈路骨干網(wǎng)，并對地面特殊地區(qū)、自然災(zāi)害及軍事行動等突發(fā)事件的實時業(yè)務(wù)保障，對于保衛(wèi)國家安全，維護國計民生，發(fā)展空間科學(xué)，具有十分重要的意義，已經(jīng)引起了世界許多國家的高度重視。
[0003]波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是衛(wèi)星激光組網(wǎng)的最佳方案，在星間、星際建立多波長信道復(fù)用的通信鏈路，采用星載全光波長路由設(shè)備進行全光交換，形成一個透明全光骨干網(wǎng)，可以優(yōu)化波長路由選擇，大大減少中間節(jié)點的處理時間，很大程度上消除時延，提高用戶服務(wù)質(zhì)量，滿足未來寬帶空間信息傳輸和處理要求。節(jié)點需通過光分插復(fù)用器(OADM)來實現(xiàn)本地上、下路功能。波長路由選擇保證了光域信道的簡單路由選擇，最小化中間節(jié)點的處理時延將使傳輸時延和時延抖動大大降低。光分插復(fù)用器的實用可以方便的實現(xiàn)本地上下路，可以降低星載處理器的負荷。
[0004]目前，實現(xiàn)光分插復(fù)用器的方案主要有以下幾種:基于解復(fù)用/復(fù)用結(jié)構(gòu)，基于光纖布拉格光柵結(jié)構(gòu)，基于光纖環(huán)行器結(jié)構(gòu)，基于聲-光可調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)。其中，基于解復(fù)用/復(fù)用結(jié)構(gòu)的光分插復(fù)用器具有很好的發(fā)展前景，成為近年來研究的熱點。
[0005]在光分插復(fù)用器方面的研究，參考文獻為楊秀蕓，基于MEMS技術(shù)的通信器件及其應(yīng)用[J].電子機械工程，2005，21 (4):6-13.;其中，MEMS結(jié)構(gòu)的光分插復(fù)用器輸入和輸出米用光纖連接，輸入輸出光均在光纖中傳輸，在上路傳輸時使用了 M個光源，而且信號的進出分別通過兩個端口。由于星際、星間通信傳輸?shù)氖强臻g波分復(fù)用光，受限于衛(wèi)星平臺，空間光只能通過一個光學(xué)天線進出，所以該方案提出的光分插復(fù)用器結(jié)構(gòu)并不適合用于星際、星間通信。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)輸入輸出光均在光纖中傳輸，而且信號的進出分別通過兩個端口，無法滿足星際、星間通信的問題，提供一種星載全光多信道上下路由系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0008]星載全光多信道上下路由系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括卡塞格倫光學(xué)天線、耦合透鏡、環(huán)行器、光分插復(fù)用器、η個光探測器、多波長光源、波長選擇開關(guān)、η個光調(diào)制器和光放大器；
[0009]波分復(fù)用的空間光入射到卡塞格倫光學(xué)天線，經(jīng)過卡塞格倫光學(xué)天線后出射平行光，平行光通過耦合透鏡耦合進入環(huán)行器端口 b，由環(huán)行器端口 c輸出，輸出光通過光纖進入光分插復(fù)用器的輸入端口，光信號在分插復(fù)用器中進行上下路信息交換；
[0010]多波長光源發(fā)出的多波長光入射到波長選擇開關(guān)，波長選擇開關(guān)選擇需要的波長通過，通過的光波經(jīng)過η個光調(diào)制器進入到光分插復(fù)用的相應(yīng)上路端口；η個光探測器接收分插復(fù)用器下路光信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，對信息進行解調(diào)處理；
[0011 ] 光分插復(fù)用器輸出端連接光放大器輸入端口，光放大器輸出端口連接環(huán)行器端口a，光信號由環(huán)行器端口b輸出，輸出的光信號通過耦合透鏡變?yōu)槠叫械目臻g光，空間光再經(jīng)卡塞格倫光學(xué)天線出射;實現(xiàn)波分復(fù)用光信號上下路信息的路由交換，并通過同一光學(xué)天線進出空間波分復(fù)用光。
[0012]卡塞格倫光學(xué)天線由主反射鏡、副反射鏡和準直鏡組成，入射光首先經(jīng)主反射鏡反射，反射光再經(jīng)副反射鏡反射，然后經(jīng)過準直鏡平行輸出。
[0013]光分插復(fù)用器具有微透鏡陣列，微透鏡陣列采用的透鏡鍍多層介質(zhì)膜，利用干涉效應(yīng)，只有一個特定的波長被反射，其余波長透射，實現(xiàn)信息的上、下路。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明設(shè)計了空間信息網(wǎng)絡(luò)中星載全光多信道上下路由系統(tǒng)，利用同一卡塞格倫光學(xué)天線和環(huán)行器實現(xiàn)波分復(fù)用光信號的進出，并通過光分插復(fù)用器實現(xiàn)多信道上下路由交換，且多層介質(zhì)膜透鏡可以實現(xiàn)波長選擇，通過多波長光源和波長選擇開關(guān)可選擇需要插入的信道波長，無需復(fù)用/解復(fù)用器，實現(xiàn)多個波長信道的上下路，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，該系統(tǒng)控制簡單、體積小、成本低、插入損耗小、信道隔離度高、結(jié)構(gòu)緊湊，能夠滿足空間全光網(wǎng)絡(luò)的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明星載全光多信道上下路由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明光分插復(fù)用器、多波長光源和波長選擇開關(guān)結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0018]如圖1所示，星載全光多信道上下路由系統(tǒng)，包括卡塞格倫光學(xué)天線1、耦合透鏡2、環(huán)行器3、光分插復(fù)用器4、n個光探測器5、多波長光源6、波長選擇開關(guān)7、n個光調(diào)制器8和光放大器9。
[0019]其中，卡塞格倫光學(xué)天線由主反射鏡1-1、副反射鏡1-2和準直鏡1-3組成。
[0020]光分插復(fù)用器4具有I Xn的微透鏡陣列KhK2J3,...，!(?，微透鏡陣列采用的透鏡鍍多層介質(zhì)膜，利用干涉效應(yīng)，只有一個特定的波長被反射，其余波長透射，實現(xiàn)信息的上、下路。
[0021]波分復(fù)用的空間光入射到卡塞格倫光學(xué)天線I，入射光首先經(jīng)主反射鏡1-1反射，反射光再經(jīng)副反射鏡1-2反射，然后經(jīng)過準直鏡1-3平行輸出。輸出的平行光通過耦合透鏡2耦合進入環(huán)行器3端口b，由環(huán)行器3端口c輸出，輸出光通過光纖進入光分插復(fù)用器4的輸入端口。
[0022]多波長光源6發(fā)出的多波長光入射到波長選擇開關(guān)7，波長選擇開關(guān)7選擇需要的波長通過，通過的光波經(jīng)過η個光調(diào)制器8后，進入到光分插復(fù)用器4的相應(yīng)上路端口，η個光調(diào)制器8分別與η個微透鏡陣列Κι，Κ2，Κ3，…，Κ4應(yīng)。η個光探測器5分別接收分插復(fù)用器4下路光信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，對信息進行解調(diào)處理。
[0023]完成信息上下路交換的光信號在光分插復(fù)用器4輸出端輸出，光信號通過光纖輸入到光放大器9的輸入端口，經(jīng)過光放大器9放大后進入環(huán)行器3的端口c，再由環(huán)行器3端口a輸出，光信號經(jīng)過耦合透鏡2變?yōu)槠叫泄?，再通過卡塞格倫光學(xué)天線I原路出射，實現(xiàn)波分復(fù)用光信號上下路信息的路由交換，并通過同一光學(xué)天線進出空間波分復(fù)用光。
[0024]如圖2所示，波分復(fù)用光信號經(jīng)分插復(fù)用器4輸入端口輸入到IXn的微透鏡陣列KhK2A3,…，Kn，調(diào)整微透鏡陣列狀態(tài)，實現(xiàn)特定波長的上、下路。η個微透鏡反射波長分別
，λη，波分復(fù)用光信號中，如果波長為λχ(χ=1，2，3，…，η)的信號需要下路，同時本地信號通過λχ上路，只需要控制波長為λχ的透鏡KxU=I，2，3，…，η)，使信號反射到下路端口完成下路，同時上路信號通過反射，與其余波長的信號同時到達輸出端口。為了實現(xiàn)多個信號同時上、下路，并且節(jié)約成本，減小系統(tǒng)的復(fù)雜程度，上路信號發(fā)射由多波長光源6和波長選擇開關(guān)7完成，當需要λχ上路時，波長選擇開關(guān)7在多波長光源6發(fā)出的多波長光中選擇λχ波長的光波通過，阻止其它波長通過，當需要多個波長的信號上路時，波長選擇開關(guān)7同時允許需要的波長通過，通過的光波經(jīng)過光調(diào)制器8后，進入到光分插復(fù)用器4的相應(yīng)上路端口。
【主權(quán)項】
1.星載全光多信道上下路由系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括卡塞格倫光學(xué)天線(I)、耦合透鏡(2)、環(huán)行器(3)、光分插復(fù)用器(4)、n個光探測器(5)、多波長光源(6)、波長選擇開關(guān)(7)、n個光調(diào)制器(8)和光放大器(9); 波分復(fù)用的空間光入射到卡塞格倫光學(xué)天線(I)，經(jīng)過卡塞格倫光學(xué)天線(I)后出射平行光，平行光通過耦合透鏡(2)耦合進入環(huán)行器(3)端口b，由環(huán)行器(3)端口c輸出，輸出光通過光纖進入光分插復(fù)用器(4)的輸入端口，光信號在分插復(fù)用器(4)中進行上下路信息交換； 多波長光源(6)發(fā)出的多波長光入射到波長選擇開關(guān)(7)，波長選擇開關(guān)(7)選擇需要的波長通過，通過的光波經(jīng)過η個光調(diào)制器(8)進入到光分插復(fù)用器(4)的相應(yīng)上路端口；η個光探測器(5)接收分插復(fù)用器(4)下路光信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，對信息進行解調(diào)處理； 光分插復(fù)用器(4)輸出端連接光放大器(9)輸入端口，光放大器(9)輸出端口連接環(huán)行器(3)端口 a，光信號由環(huán)行器(3)端口 b輸出，輸出的光信號通過耦合透鏡(2)變?yōu)槠叫械目臻g光，空間光再經(jīng)卡塞格倫光學(xué)天線(I)出射;實現(xiàn)波分復(fù)用光信號上下路信息的路由交換，并通過同一光學(xué)天線進出空間波分復(fù)用光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載全光多信道上下路由系統(tǒng)，其特征是，卡塞格倫光學(xué)天線(I)由主反射鏡(1-1)、副反射鏡(1-2)和準直鏡(1-3)組成，入射光首先經(jīng)主反射鏡(1-1)反射，反射光再經(jīng)副反射鏡(1-2)反射，然后經(jīng)過準直鏡(1-3)平行輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載全光多信道上下路由系統(tǒng)，其特征是，光分插復(fù)用器(4)具有微透鏡陣列，微透鏡陣列采用的透鏡鍍多層介質(zhì)膜，利用干涉效應(yīng)，只有一個特定的波長被反射，其余波長透射，實現(xiàn)信息的上、下路。
【文檔編號】H04Q11/00GK105898628SQ201610301084
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】王天樞, 畢明喆, 張鵬, 蘇煜煒, 李曉燕, 劉顯著, 張立中, 姜會林
【申請人】長春理工大學(xué)