基于光纤束和光子灯笼的光束到达角探测方法及装置

本发明属于光学工程，提供一种基于光纤束和光子灯笼的光束到达角探测方法及装置。

背景技术：

1、激光通信终端为了满足需要，其一项必须的功能特点是与远距离终端实现对准。

2、为了满足上述功能特点，在具体技术构思时一般会采用主动指向、捕获与跟踪（pat）系统。pat技术需要精确探测控制入射光到达角，平台抖动与运动以及大气湍流等因素成为了pat技术的挑战。

3、面对上述pat技术的挑战，现有技术中一般的处理方式是采用位置敏感探测器，例如四象限探测器，通过光斑质心偏移反演角度来克服。但是在实践中，其存在固有缺陷：

4、探测精度受限于光斑尺寸与探测面均匀性；

5、类位置敏感探测器至少包括三个单独的探测器和一个公共阴极，将噪声基底限制在较高水平，在弱光或湍流背景下易受背景噪声和暗电流干扰，进一步限制了通信终端的捕获和跟踪链路余量，严重制约了通信接收灵敏度和精确度；

6、该类探测器为面阵结构，后端需配合多路模拟放大与高速采样电路，显著增加系统复杂度与功耗。

7、光子灯笼作为一种新型空间模式分解器件，用于到达角探测领域，相较于传统象限探测器，具有探测精度高、耦合效率高、全光纤结构天然适配后续链路等显著优势。

8、然而，光子灯笼的到达角探测范围通常仅覆盖数倍光束衍射角，难以独立胜任初始捕获阶段或大范围扰动的场景。因此，亟需发展一种新型到达角探测技术，能够在大角度范围内实现粗精两级探测，同时又能保持链路的全光纤特性，减少链路的耦合损耗。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于光子灯笼的光束波前像差探测装置，旨在解决大气湍流诱导波前像差的有效探测与校正，提升系统工作性能的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明提供一种基于光纤束和光子灯笼的光束到达角探测装置，包括：角度校正器、耦合透镜、光纤束、光子灯笼、光电探测阵列、数据采集控制器、数据处理器和驱动控制器；

4、所述角度校正器用于校正入射光的角度；

5、所述耦合透镜用于将入射光汇聚到所述光纤束的入射端；

6、所述光纤束包括光学数据传输光纤和设置于所述光学数据传输光纤外周的光学数据追踪光纤，所述光学数据追踪光纤连接于所述光电探测阵列；

7、所述光子灯笼的入射端连接于所述光学数据传输光纤，出射端连接于所述光电探测阵列；

8、所述光电探测阵列用于将光信号转化成电信号；

9、所述数据采集控制器用于将电信号传输至所述数据处理器；

10、所述数据处理器用于根据从所述数据采集控制器获得的电信号计算入射光到达角，并将产生的角度校正信号反馈至所述驱动控制器；

11、所述驱动控制器用于驱动所述角度校正器运转。

12、进一步，所述光学数据传输光纤和光学数据追踪光纤为少模光纤、多模光纤和单模光纤中的任意一种。

13、进一步，所述耦合透镜的表面镀有增透膜，以减少光学元件带来的额外损耗。

14、进一步，还包括用于接收入射光的接收透镜。

15、进一步，还包括快速反射镜，入射光依次经接收透镜，经快速反射镜反射至耦合透镜。

16、进一步，所述快速反射镜的反射面镀有波长匹配的高反射膜层，以实现有效反射减少光功率的损耗。

17、本发明的目的之二在于提供一种基于光纤束和光子灯笼的光束到达角探测方法，采用所述的光束到达角探测装置，并包括：

18、通过光电探测阵列上获得的信号，计算出入射光的到达角偏移量；

19、根据所述到达角偏移量，发送校正角度信号到驱动控制器，以驱动角度校正器产生调整，校正入射光的角度偏移，实现光束入射方向的初步对准；

20、计算经过初步对准过后入射光的波前倾斜相位；

21、根据波前倾斜相位与到入射光到达角的对应关系，计算出到达角；

22、通过驱动控制器控制角度校正器对到达角进行校正。

23、本发明的有益效果是：

24、通过在技术构思中引入光纤束对入射光到达角进行大范围、低精度探测，用角度校正器实现初步校准，再用光子灯笼对入射光到达角进行小范围、高精度探测，并用角度校正器实现进一步校准，使入射光束垂直入射至光学系统，有效提升该装置最终输出光的光强，从而降低自由空间光通信、探测等应用中的光损耗，提升系统稳定性。

1.一种基于光纤束和光子灯笼的光束到达角探测装置，其特征在于，包括：角度校正器（10）、耦合透镜（20）、光纤束（30）、光子灯笼（40）、光电探测阵列（50）、数据采集控制器（60）、数据处理器（70）和驱动控制器（80）；

2.如权利要求1所述的基于光纤束和光子灯笼的光束到达角探测装置，其特征在于，所述光学数据传输光纤（31）和光学数据追踪光纤（32）为少模光纤、多模光纤和单模光纤中的任意一种。

3.如权利要求5所述的基于光纤束和光子灯笼的光束到达角探测装置，其特征在于，所述快速反射镜的反射面镀有波长匹配的高反射膜层，以实现有效反射减少光功率的损耗。

4.一种基于光纤束和光子灯笼的光束到达角探测方法，其特征在于，采用如权利要求1-2任意一项所述的光束到达角探测装置，包括：