能夠提高單模光纖空間光耦合效率的兩級空間光耦合裝置屬于自由空間光通信技術領域。現有技術耦合效率低。本發明沿光入射方向初級匯聚透鏡、多模光纖、大數值孔徑變折射率透鏡、小數值孔徑變折射率透鏡依次同軸排列；初級匯聚透鏡、多模光纖、大數值孔徑變折射率透鏡的數值孔徑相等或者依次增大；多模光纖的入射端面位于初級匯聚透鏡像方焦點，出射端面位于大數值孔徑變折射率透鏡物方焦點；大數值孔徑變折射率透鏡的出射鏡面與小數值孔徑變折射率透鏡的入射鏡面相抵；大數值孔徑變折射率透鏡的折射率遞減速率高于小數值孔徑變折射率透鏡；多模光纖的多模插芯、大數值孔徑變折射率透鏡、小數值孔徑變折射率透鏡的外徑相同，與套管內壁靜配合。

技術領域

本發明涉及一種能夠提高單模光纖空間光耦合效率的兩級空間光耦合裝置，屬于自由空間光通信技術領域。

背景技術

自由空間光通信(Free Space Optical Communication，FSOC)是一種以光為信號載體，在自由空間實現語音、圖像等數據信息無線傳輸的通信技術。具有通信速率高、通信容量大、抗干擾能力強、抗截獲能力強、體積小、重量輕以及功耗低的優點，具有廣泛的應用前景。為了更好的提升自由空間光通信性能和設計靈活性，降低自由空間光通信系統的體積和重量，在空間光通信系統中越來越多地采用了很多成熟的光纖通信的現有技術和設備。這也引入了一個新的問題，如何將更多的光耦合到單模光纖中，也就是如何提高耦合效率，這成為自由空間光通信領域的關鍵技術之一。

分離透鏡耦合法是一種現有單模光纖空間光耦合方法，該方法的特點是光纖與組成光纖耦合系統的各光學元件彼此相互獨立。單透鏡耦合方法是一種常見的分離透鏡耦合法，光纖端面位于單透鏡焦點上，單透鏡將光匯聚到光纖端面上，實現光耦合。但是，單透鏡本身必然會存在多種像差，如球差等，耦合效率勢必降低，即使不考慮大氣環境影響，耦合效率也僅10％左右。分離透鏡耦合法的另外一種情形是多透鏡組合，這種方案能夠大幅消減系統像差，進而提高耦合效率，但是，依然要求光纖端面精確安裝于系統焦點處。即使采取多透鏡組合，在實際工程應用中，由于裝調、環境溫度以及重力等方面的原因，光纖端面相對于系統焦點總會存在偏移，耦合效率的提高也是有限的。如果再將大氣環境影像考慮進來，當光束在大氣中傳輸時，大氣湍流所引起的光束相位畸變及光纖端面的隨機抖動，耦合效率會進一步降低，在實際應用中，耦合效率只在10^-3量級上，可見，問題十分嚴重。

為了提高耦合效率，專利申請號為201510003489.2的一篇專利文獻公開了一項名稱為“一種克服大氣湍流的空間激光束光纖耦合效率優化方法”的方案。該方案采用自適應光學的方法在單模光纖耦合系統中增加快速反射鏡和相位控制器，優化調整耦合位置和角度，并補償大氣湍流和系統靜態像差帶來的光束波前畸變，提高光束能量集中度，提高耦合效率。盡管如此，該方案還是有其不足，由于自適應光學系統的加入，需額外增設快速反射鏡和相位控制器等部件，不僅系統結構因而變得十分復雜，而且也正如業內人所共知，快速反射鏡、相位控制器價格十分昂貴，耦合裝置整體的體積、重量、能耗均增加很多。

發明內容

為了大幅度提高單模光纖空間光耦合效率，同時耦合裝置還應當具有結構簡單、體積小、重量輕、能耗低、成本低的特點，我們發明了一種能夠提高大氣環境單模光纖空間光耦合效率的光耦合單元。