一种基于飞秒光梳的星间时频通信传递系统

本发明总的来说涉及星间时频通信传递。具体而言，本发明涉及一种基于飞秒光梳的星间时频通信传递系统。

背景技术：

1、随着光通信技术的飞速发展，飞秒光学频率梳(飞秒光梳)在各领域的可能应用受到了广泛的关注。在2013年，nist(美国国家标准技术研究所)采用基于飞秒光学频率梳(飞秒光梳)的线性光学采样技术，实现了2km距离的1fs时间比对精度以及10-18@1000s的稳定度。2015年，nist改进了实验方案，进行了4km距离的时间同步实验，其时间同步精度为4fs@1min，50fs@40h。到2016年，nist又将实验距离增加至12km，稳定度进一步提高至10-19@10000s。

2、通过飞秒光梳实现空间中的时频传递的原理是将两地的时钟信息锁定到本地的飞秒光梳的梳齿频率上，通过与激光通信类似的链路传给对方。由于两个本地的飞秒光梳的光梳脉冲的重复频率存在较小的差异，可以认为是以本地的光梳脉冲对接收的远端光梳脉冲进行“采样”并发生干涉，从而可以获得超高精度的时间测量精度，通过比较本地飞秒光梳和接收飞秒光梳的干涉信号的规律，可以得到两地的钟差。因此通过飞秒光梳可以有效提高空间时频传递的精度，然而现有技术中基于飞秒光梳的时频传递仍处在试验阶段，并且对激光通信与光梳时频传递一体化的研究还处于空白。

技术实现思路

1、为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种基于飞秒光梳的时频传递和通信一体化系统，包括：

2、第一发射或接收系统，其被配置为通过星间链路发射或接收信号光并且与激光模块和第一光梳模块之间交换所述信号光，其中所述信号光包括激光信号光以及第一光梳脉冲光；

3、激光模块，其被配置为产生或处理所述激光信号光并且与所述第一发射或接收系统之间交换所述激光信号光，其中所述激光信号光被配置为承载通信信息；

4、第一光梳模块，其被配置为产生或处理所述第一光梳脉冲光并且与所述第一发射或接收系统之间交换所述第一光梳脉冲光，其中所述第一光梳脉冲光被配置为承载时频信息；以及

5、信标光模块，其中所述信号光还包括信标光，所述信标光模块被配置为产生或处理信标光并且与所述第一发射或接收系统之间交换所述信标光；

6、其中所述第一发射或接收系统包括：

7、光学天线，其被配置为发射或接收信标光、激光信号光以及第一光梳脉冲光；

8、收发分离器，其被配置为复合或分离所述信标光、激光信号光以及第一光梳脉冲光的发射光路或接收光路；

9、转台，其上布置所述光学天线，其中通过所述转台的转动以进行所述光学天线的视轴指向的粗跟踪精度范围内的调整，所述粗跟踪精度范围为小于50μrad；以及

10、快速反射镜，其被配置为进行所述光学天线的视轴指向的精跟踪精度范围内的调整，其中精跟踪精度范围小于粗跟踪精度范围，所述精跟踪精度范围为小于5μrad。

11、在本发明一个实施例中规定，所述信标光模块包括信标光产生器和信标光探测器，所述信标光产生器产生信标光并且将信标光传输至所述第一发射或接收系统，通过所述第一发射或接收系统将信标光发射至其它终端；所述信标光探测器探测所述第一发射或接收系统接收的其它终端发射的信标光以获取光学天线的视轴的对准误差，并且通过所述转台、快速反射镜转动以修正光学天线的视轴指向，使星间两个终端精确对准，建立稳定的激光链路。

12、在本发明一个实施例中规定，所述激光模块包括激光通信总控模块、电光调制器、通信探测器以及解调器，其中通信过程包括下列步骤：在稳定的激光链路建立好之后激光通信总控模块利用电光调制器把需要传输的数据调制到激光信号光上，并且放大光功率最后发射出去，同时激光模块接收目标终端发射的激光信号光，利用通信探测器把光信号转化为电信号，并且通过解调器进行数据解调和解算以实现通信。本发明基于发明人的如下洞察：光梳时间频率传递作为自由空间的光学传递方式与自由空间的激光通信有很多共同点，例如其同样需要光学发射和接收器，同样需要完成对目标终端的捕获、跟踪和对准，建立稳定的激光链路。鉴于此本发明提出了一种激光通信与光梳时频传递的一体化方案，包括激光通信与光梳结构复用一体化、激光通信与光梳时分复用一体化以及激光通信与光梳调幅一体化。

13、本发明至少具有如下有益效果：通过创造性的将激光通信与光梳时频传递一体化设计的技术方案，可以有效减少星上负载，并且可以有效降低卫星通信及时频传递过程中的星上资源开销。

技术特征：

1.一种基于飞秒光梳的星间时频通信传递系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于飞秒光梳的星间时频通信传递系统，其特征在于，所述信标光模块包括信标光产生器和信标光探测器，所述信标光产生器产生信标光并且将信标光传输至所述第一发射或接收系统，通过所述第一发射或接收系统将信标光发射至其它终端；所述信标光探测器探测所述第一发射或接收系统接收的其它终端发射的信标光以获取光学天线的视轴的对准误差，并且通过所述转台、快速反射镜转动以修正光学天线的视轴指向，使星间两个终端精确对准，建立稳定的激光链路。

3.根据权利要求2所述的基于飞秒光梳的星间时频通信传递系统，其特征在于，所述激光模块包括激光通信总控模块、电光调制器、通信探测器以及解调器，其中通信过程包括下列步骤：在稳定的激光链路建立好之后激光通信总控模块利用电光调制器把需要传输的数据调制到激光信号光上，并且放大光功率最后发射出去，同时激光模块接收目标终端发射的激光信号光，利用通信探测器把光信号转化为电信号，并且通过解调器进行数据解调和解算以实现通信。

技术总结
本发明涉及星间时频通信传递技术领域，提出一种基于飞秒光梳的星间时频通信传递系统。该系统包括：第一发射或接收系统，其被配置为发射或接收信号光并且与激光模块和光梳模块之间交换所述信号光，其中所述信号光包括激光信号光以及第一光梳脉冲光；激光模块，其被配置为产生或处理所述激光信号光并且与所述发射或接收系统之间交换所述激光信号光，其中所述激光信号光被配置为承载通信信息；以及第一光梳模块，其被配置为产生或处理所述第一光梳脉冲光并且与所述第一发射或接收系统之间交换所述第一光梳脉冲光，其中所述第一光梳脉冲光被配置为承载时频信息。

技术研发人员：崔立红,董日昌,常家超,赵维宁,王学良
受保护的技术使用者：中国科学院微小卫星创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15