圆偏振光偏振复用激光通讯系统

圆偏振光偏振复用激光通讯系统 激 光 与 红 外Vo .l 35, No. 2 第 35卷第 2期 LA SER & IN FRAR ED Feb rua ry, 2005 2005年 2月 ( ) 文章编号 : 100125078 2005 02 20078202 圆偏振光偏振复用激光通讯系统 朱 钧 ,张书练 ()清华大学精密仪器测试技术与仪器国家重点实验室 ,北京 100084 摘 要 :提出了一种采用圆偏振光的偏振复用通讯系统。其基本设想是信号光在空间中以左旋和右旋圆偏振光的形式进行传播 ,在接收端将这两种偏振光区分并分别接收 。本文详细论 证了在两个相对运动点之间采用圆偏振光实现偏振复用激光通讯的可行性 。 关键词 :激光束通讯 ;偏振复用 ;圆偏振光 ;激光 中图分类号 : TN929. 12文献标识码 : A C ircularly Polar ized L ight Polar iza tion M ultiplex ing La ser Comm un ica tion System ZHU J un, ZHAN G Shu2lian ( )Sta te Key L ab of P rec ision M ea su rem en t Techno logy & In strum en ts, Tsinghua U n ive rsity, B e ijing 100084, Ch ina A b stra c t:A c ircu la rly po la rized ligh t po la riza tion m u ltip lexing la se r comm un ica tion system ha s been p re sen ted in the p ap e r. The idea of the system is tha t the la se r beam em itted from the em ission site is tran sm itted to the rece ive end in the sta te of left ro ta ting c ircu la rly po la rized ligh t and righ t ro ta ting c ircu la rly po la rized ligh t. The se two po la riza tion ligh t a re iden tified by rece ived end. A de ta iled demon stra tion on the fea sib ility of u sing the c ircu la rly po la rized ligh t be tween two mo tion site s ha s been p roved in the p ap e r. Key word s: la se r comm un ica tion; po la riza tion m u ltip lexing; c ircu la rly po la rized ligh t; la se r 1 引 言端区分出左旋圆偏光和右旋圆偏光就可以实现相对 ,从而真正实现 运动点之间的激光束偏振复用通讯 目前 ,在激光束通讯中为了提高通讯的传输速 两个运动卫星之间的激光束双路通讯 。 率 ,常采用激光束的偏振复用技术 ,在同一条激光束 [ 1 ] 2 普通偏振复用的理论基础 上实现两路光的通讯 。这种技术的实现前提是 由于激光器输出的是两个正交偏振的线偏振 必须在接收端确定从发射端传输过来的两路信号光 光 , S偏振光和 P偏振光 ,这两个线偏振光可以通过 的偏振态 。这种普通的偏振复用技术对固定点之间 偏振分束棱镜把它们分开 。如果能对这两束光分别 通讯还是简单实用的 ,但是若两个通讯点之间有相 进行信号调制 ,并且在接收端分别探测到 ,那就可以 对移动就会存在很大的难度 。如在卫星通讯中 ,由 实现光路的偏振复用 ,使得通讯容量增加一倍 。图 于卫星姿态在不断变化 ,在信号接收处检偏器的方 向很难确定 。在此基础上 ,本文进一步提出采用左 、 右旋圆偏振光进行通讯的全新设想 ,即将经过信号 调制的两个正交偏振的线偏振光分别转化为左旋圆 基金项目 :航天创新基金资助项目。 ( ) 作者简介 :朱 钧 1971 - , 男 , 讲师 , 现在清华大学精仪系精 偏光和右旋圆偏光。这种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的优点是只需在接收 密仪器测试技术与仪器国家重点实验室工作 ,主要从事激光技术和 显示技术的研究。 收稿日期 : 2004 206 214 偏振光的振幅为1 是普通偏振复用的原理图。那么E和 E的振幅分量分别 1 ,1 2 可以表示如下 : EE= 2 / 2 = - 2 / 2 1 x2 x( )1 E= 2 / 2 E= 2 / 2 1 y2 y π 1 /4 波片引起的位相延迟为 /2 , 入射光经过 1 /4 波片以后 , 成了新的偏振光 E ′, E ′, 其振幅分 1 1 图 1 普通偏振复用原理图量表示为 : 普通的偏振复用系统是在接收端放置两个检偏 π- i 2 E′= / 2 ?e = - i 2 / 22 1 x 方向相互垂直的检偏器 ,检偏方向必须与发射端出( )2 E′= 1 y 来的信号光的两个偏振方向分别一致。从而将两路2 / 2 信号光分别检测出来 ,实现偏振复用。但是 ,具有相线偏振光 E、E经过 1 /4 波片后分别变为左、 1 2 对运动的两点进行激光通讯时 ,从发射端发射出来右旋圆偏振光 E′、E′。 1 2 的信号光的两个正交偏振方向相对接收端是变化 的。大部分相对运动的点之间在激光通讯时 ,这种 相对运动是无法确定的 ,从而给接收端的信号检偏 带来困难 。在卫星之间激光通讯时 ,采用普通偏振 复用通讯技术就存在困难。 3 激光束的圆偏振复用技术 发射端和接收端之间传输的信号光若采用圆偏 振光 ,信号光的偏振态只有左旋还是右旋之分 。所 以 ,只要在接收端将信号光的左右旋偏振态区分开图 3 E、E和 1 /4 波片的关系 1 2 如果在接收端的探测器前加入一个 1 / 4波片和 来 ,就可以实现偏振复用的激光通讯。具体的方案 两个检偏方向相互垂直的偏振片 , 并且 1 / 4 波片的 如图 2所示 。光轴分别和检偏器的检偏方向成 45 ?和 135 ?, 就可 以解决上面的问题。以 E′为例 , 假设波片快轴与 1 晶体的光轴方向一致 , E′经过 1 / 4 波片以后 , 变成 1 ( ) E″, 如图 4 a 如示。那么 E″的各个振幅分量可 1 1 ( )以用 3 式表示为 π- i 2 E″= E′?e = - 2 / 2 1 x 1 x ( )3 图 2 圆偏振光多路通信系统原理图 E″= E′= 2 / 2 1 y 1 y 从频率分裂激光器发射出来的激光是正交偏振 这样在接收端 , 左旋圆偏振光 E′经过 1 / 4波片 1 ,分别是 S偏振态和 P偏振态 ,这两个线的线偏振光 变成了线偏光 E″。同理 , 在接收端右旋圆偏振光 1 偏振光通过偏振分束棱镜分束。然后将分束以后的( )E′经过 1 / 4波片变成了线偏振光 E″, 如图 4 b所 2 2 两个偏振光分别经过信号调制器 , 进行信号调制 。示 。同时 , 还可以得到线偏振光 E″和 E″之间偏 1 2 [ 2 ] 将从调制器出来的信号光经过同一个 1 /4 波片 ,振态相互垂直的关系。 调节 1 /4波片光轴与线偏振光光矢量的夹角 ,可以由于 E″和 E″偏振方向相互垂直 , 并且分别 1 2 使经过 1 /4波片以后的两个线偏振光分别变成左旋和接收端的 1 / 4波片光轴成 135 ?和 45 ?。如果在接 收端的探测器前加入检偏方向相互垂直的两个检偏 圆偏振光和右旋圆偏振光。假设 1 /4波片的快慢轴 器 , 并且这两个检偏方向分别和接收端的 1 / 4波片 分别与 X、Y轴重合 。从激光器出来的两个正交偏 ()下转第 99页 振的线偏振光分别设为 E和 E, E和快轴的夹角 1 2 1 θ 为 = 45 ?。如图 3 所示。假设这两个正交偏振线 99 激 光 与 红 外第 2期 te rroga ting system fo r gluco se in b lood [ J ]. SP IE, 2003, 模型 的 相 关 性 都 在0. 93858 以 上 , 误 差 分 布 在 5055: 140 - 146. ?0. 8mmo l / 之l 间 , 小 于 文 献 中 提 到 的 2. 5mmo l /张玲. PL S定标法在近红外光谱分析仪中的应用研究 [ 7 ] [ 4 ] l。采用个体建立的校正模型对属于该个体样品 ( ) [ J ]. 光学精密工程 , 2000, 8 3: 238 - 241. 的自我预测的结果要好于其对不属于该个体样品预 丁东 ,张洪艳 ,王丽秋 ,等. 用近红外光谱法测量分析 [ 5 ] ( ) 全血的血糖浓度 [ J ]. 激光与红外 , 2003, 33 5 : 328 - 测的 结 果 。个 体 样 品 自 我 预 测 差 值 ? 0. 89544 330. mmo l / l, 这 一 结 果 也 小 于 文 献 中 提 到 的陆婉珍 ,袁洪福 ,徐广通 ,等. 现代近红外光谱分析技 [ 9 ] 1. 1mmo l / l。本实验的所有过程都是在室温 25 ? [ 6 ] 术. 北京 :中国石化出版社 , 2000. 的条件下进行的 ,避免了温度的变化对建模结果的 崔继承 ,丁东 ,张洪艳 ,等. 葡萄糖溶液近红外光谱的 ( ) 测量与分析 [ J ]. 光谱实验室 , 2003, 20 2: 257 - 259 . 影响。我们下一步将考虑人体组织的其它成分对建 [ 7 ] 黄岚 ,丁海曙 ,王广志. 用近红外漫反射光谱无损检测 模和样品预测结果的影响。 血糖的初步研究 [ J ]. 光谱学与光谱分析 , 2002, 32 [ 8 ] ( ) 3: 387 - 391. 参考文献 : H M H e ise, A nd rea s B ittne r. B lood gluco se a ssays ba sed [ 1 ] 沈耀春 ,王春 , H A Mm ac Kenzie,等. 一种新型的检测on infra red sp ec tro scop y: A lte rna tion fo r m ed ica l d iagno s2 [ 9 ] 血糖含量的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 [ J ]. 南京大学学报自然科学 , 2000, tic, P roceed ings of SP IE, 1998, Vo l. 3257: 2 - 11. ( ) 36 5: 632 - 635. [ 2 ] M ichae l J M c shane, Ge ra rd L , C liffo rd Sp iege lm an. V a ria2 [ 10 ] M ichae l J M c shane, Ge ra rd L , C liffo rd Sp iege lm an. V a ria2 b le selection for quantitative determ ination of glucose with b le se lec tion fo r quan tita tive de te rm ina tion of gluco se w ith near2infrared spectroscopy[ J ]. SP IE, 1997, 2982: 189 - 197. nea r2infra red sp ec tro scop y. SP IE, 1997, 2982: 189. [ 3 ] V ijay K V a radan. Non2inva sive b io sen so r and w ire le ss in2 () 上接第 79 页 ,圆偏振复用技术不需相对普通偏振复用技术 光轴成 135 ?和 45 ?,那么就可以在两个探测器上分 要知道发射端的确切运动 ,只需保证接收端 1 /4 波 别探测到 E″和 E″两路信号光 , 实现了圆偏振复 1 2 片的光轴方向和检偏器方向之间的夹角为 135 ?和 用的激光束通讯。 45 ?,这在技术实现上难度大大降低了 ,并且很容易 实现。对于存在相对复杂运动的卫星之间进行激光 通讯 ,圆偏振复用技术就非常适用了。 4 结 论 将发射端发射出来的激光偏振态分别调制成左 旋圆偏振态和右旋圆偏振态 ,在接收端接收到的仍 将是左旋圆偏振态和右旋圆偏振态 。如在接收端加 入一个 1 /4波片就可以将左旋圆偏振光和右旋圆偏 振光分别转换成振动方向相互垂直的两个线偏振 光 。并且这两个线偏振光的偏振方向只与 1 /4波片 ( ) aL eft ro ta ting c ircu la rly po la rized ligh t is conve rted to linea r po la riza tion ligh t 的快慢轴方向有关。如果在两个探测器前面分别放 置一个方向与线偏振光一致的检偏器 ,就可以将两 路信号分别测出 ,并且不会受两点之间相对运动的 影响。从而实现了在两个相对运动点之间的圆偏振 光的偏振复用 。圆偏振复用技术特别适合于卫星间 的激光通讯 。 参考文献 : [ 1 ] 谭立英 ,马晶 ,黄波. 卫星光通讯系统及其发展 [ J ]. 电 信科学 , 1999, Vo .l 1: 34 - 36. ( ) bR igh t ro ta ting c ircu larly po la rized ligh t is conve rted to linear [ 2 ] 梁铨廷. 物理光学 [ M ]. 第二版 , 北京 : 机械工业出版 po la riza tion ligh t 社 , 1993 , 319 - 323. 图 4 左、右旋圆偏振光