【摘要】：相比于傳統(tǒng)的空間激光通信系統(tǒng),空間相干光通信系統(tǒng)有著系統(tǒng)靈敏度強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸容量大等優(yōu)勢(shì),近些年得到了較多研究與應(yīng)用。空間光混頻器是空間相干光通信系統(tǒng)的核心器件之一,其作用是精確混合信號(hào)光與本振光波前,利用光場(chǎng)的干涉疊加為信號(hào)光提供能量增益�；祛l效率作為光混頻器的重要性能指標(biāo),其值取決于混頻器輸出的疊加場(chǎng)所包含的中頻信號(hào)分量大小,用于反映相干光通信系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。在實(shí)際應(yīng)用中,疊加光場(chǎng)往往會(huì)受到混頻器內(nèi)部誤差或外部干擾因素影響,導(dǎo)致混頻效率低于理想狀態(tài),因此為了獲得高性能系統(tǒng),需要分析清楚各類影響因素與混頻效率變化的關(guān)系。已有的混頻效率變化規(guī)律研究均采用疊加光場(chǎng)直接出射至探測(cè)器的模型得出,實(shí)際上由于探測(cè)器結(jié)構(gòu)與封裝難以與各種類型的空間光混頻器直接對(duì)接,空間光混頻器多采用先將疊加光場(chǎng)耦合進(jìn)入光纖、再由光纖輸出至探測(cè)器的方案實(shí)現(xiàn)相干探測(cè),與傳統(tǒng)研究結(jié)果的模型存在差異,混頻效率變化規(guī)律將不再適用。為了得到各類因素對(duì)混頻器性能的影響規(guī)律、對(duì)比光纖輸出型空間光混頻器與直接輸出型空間混頻器的性能差異,本文首先基于混頻器輸出光直接聚焦至探測(cè)器的傳統(tǒng)模型,分析得出了混頻光束強(qiáng)度模式、光斑尺寸、傾斜角度、信號(hào)光波前畸變因素與混頻效率的具體關(guān)系;隨后建立了光纖輸出型空間光混頻器的混頻效率計(jì)算模型,得出了混頻效率與輸出光纖參數(shù)的關(guān)系,以及疊加光束功率比對(duì)混頻效率的影響,同時(shí)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)此類混頻器性能影響最為明顯的入射光傾斜因素進(jìn)行了分析,對(duì)比了入射光對(duì)單模、多模兩類耦合輸出型空間光混頻器混頻效率的影響;最后通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試了單模、多模耦合輸出型空間光混頻器在不同入射光傾角下的插入損耗與輸出信號(hào)拍頻波形,測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了部分理論模型。所建立的模型以及分析結(jié)果可作為空間光混頻器設(shè)計(jì)時(shí)的參考,對(duì)于系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)化具有重要意義。
【圖文】：

的終端根據(jù)具體使用的通信需求分為 LEO-GEO 型與 GEO-GEO 型，最高 80000km、BPSK 調(diào)制格式下速率為 1Gbps 的通信。2008 年，歐洲提出用于商業(yè)服務(wù)的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（EDRS）計(jì)劃，基激光通信提供 GEO-LEO、LEO-地面站的通信服務(wù)，預(yù)計(jì)速率可達(dá) 1.8Gbps 開始建設(shè)地面基站[13]。在 2014 年至 2016 年間，EDRS 計(jì)劃項(xiàng)目中進(jìn)行了多次距離 45000km、通 1.8Gbps 的通信實(shí)驗(yàn)，且鏈路建立時(shí)間小于 55 秒[14]。此外，2008 年德國 TESAT 公司研制的 LCT 光端機(jī)加載在衛(wèi)星 TerraSAR-FIRE 衛(wèi)星上，實(shí)現(xiàn)了在空間環(huán)境中相距 4900km 時(shí)，5.625Gbps 速率的雙終端采用 90°空間光混頻器實(shí)現(xiàn)相干光束的混頻疊加，，完成了空間相干光進(jìn)行了與地面基站的通信試驗(yàn)。隨后在 2009 年，利用 TerraSAR-X 衛(wèi)星與地面站間建立了距離 5000km、65Gbps 的星地空間相干光通信鏈路[16]；2013 年，EDRS 計(jì)劃利用 TerraSAR-X 衛(wèi)星與地面站進(jìn)行了距離 5000kmbps、誤碼率低于 10-9的星地雙向相干光通信實(shí)驗(yàn)[17]，鏈路建立的過程小于 2

后續(xù)進(jìn)行了與地面基站的通信試驗(yàn)。隨后在 2009 年，利用 TerraSAR-X 衛(wèi)星與地面站間建立了距離 5000km、通信速率 5.65Gbps 的星地空間相干光通信鏈路[16]；2013 年，EDRS 計(jì)劃利用 TerraSAR-X 衛(wèi)星與地面站進(jìn)行了距離 5000km、速率5.6Gbps、誤碼率低于 10-9的星地雙向相干光通信實(shí)驗(yàn)[17]，鏈路建立的過程小于 20 秒。圖 1.1 TESAT 公司的 LCT 光端機(jī)模塊與地面基站2011 年，日本宇航探索局（JAXA）在實(shí)驗(yàn)條件下搭建了采用 90°空間光混頻器與COSTAS 鎖相環(huán)組合實(shí)現(xiàn)的零差相干通信系統(tǒng)，利用 LN-MZ 調(diào)制器以 BPSK 調(diào)制格式將信息加載在信號(hào)光束上，最終實(shí)現(xiàn)了速率為 2.5Gbps 的零差相干通信[18]；2013 年項(xiàng)目組改進(jìn)設(shè)備后系統(tǒng)傳輸距離提高至 5m，且短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)最高可達(dá) 7.2Gbps[19]。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN929.1;TN773

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2605143