本文選題：自適應(yīng)光學(xué)　切入點(diǎn)：信標(biāo)光　出處：《西安電子科技大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：自由空間光通信(freespace optical communication,FSO),由于光束能量密度高、指向性好、具有很高的保密性,與微波通信具有很強(qiáng)互補(bǔ)性得到廣泛重視并進(jìn)入實(shí)用化階段,但是,湍流大氣對(duì)激光傳輸特性的影響限制了FSO系統(tǒng)性能的提高。近些年,基于對(duì)大氣湍流特性實(shí)時(shí)探測(cè)和光學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)光學(xué)得到快速發(fā)展及天文、激光光束整形的領(lǐng)域成功應(yīng)用。在大氣激光通信系統(tǒng)中引入自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)(adaptive optics,AO)可有效抑制大氣湍流影響,降低誤碼率提高通信性能。傳統(tǒng)AO方法是基于哈特曼波前進(jìn)行傳感,成本高,系統(tǒng)復(fù)雜,其應(yīng)用受到局限,有必要探索無(wú)波前的實(shí)用型AO方法擴(kuò)大基于自適應(yīng)光學(xué)的FSO應(yīng)用場(chǎng)合。由于FSO系統(tǒng)中用于APT(acquisition pointing and tacking,APT)的信標(biāo)光中包含大氣湍流信息,研究基于信標(biāo)光強(qiáng)度分布的相位恢復(fù)方法,對(duì)于無(wú)波前探測(cè)的自適應(yīng)光學(xué)在FSO中的應(yīng)用具有理論意義和實(shí)用價(jià)值。論文首先開(kāi)展基于光強(qiáng)分布相位恢復(fù)算法的研究,光強(qiáng)分布迭代法(classical Gerchberg-Saxton algorithm-transport of intensity equation,GS-PTIE)是波前畸變相位恢復(fù)的有效方法。采用相位屏法模擬湍流中激光傳輸特性,并與GS-PTIE算法結(jié)合,系統(tǒng)地分析兩個(gè)迭代面和三個(gè)迭代面時(shí),在弱湍流、中湍流、強(qiáng)湍流下的相位恢復(fù)效果。結(jié)果表明,在弱湍流、中湍流、強(qiáng)湍流下使用三個(gè)迭代面GS-PTIE算法相位恢復(fù)殘差分別為-0.03~0.06rad、-0.1~0.1rad、-1.16~0.85rad,恢復(fù)效果優(yōu)于兩個(gè)迭代面算法。論文模擬仿真相位補(bǔ)償之后,遠(yuǎn)場(chǎng)的光強(qiáng)分布,以及接收機(jī)探測(cè)器上的桶中功率(power-in-bucket,PIB)對(duì)相位補(bǔ)償效果進(jìn)行衡量評(píng)估,結(jié)果表明在不同湍流情況下,相位補(bǔ)償之后接收端的PIB相較于補(bǔ)償之前明顯增大。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,搭建兩個(gè)迭代面相位恢復(fù)方法的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)空間濾波器后的球面光波場(chǎng),開(kāi)展基于光強(qiáng)傳感的相位恢復(fù)方法實(shí)驗(yàn)研究和理論驗(yàn)證,多組數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明恢復(fù)精度高,基于光強(qiáng)傳感的相位恢復(fù)方法可行。上述理論研究與實(shí)驗(yàn)為基于信標(biāo)光的大氣湍流波前補(bǔ)償提供了方法和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
[Abstract]:Freespace optical communication FSOs, due to their high beam energy density, good directivity and high confidentiality, have been widely paid attention to and have entered the practical stage of microwave communication.The effect of turbulent atmosphere on laser propagation limits the performance of FSO system.In recent years, adaptive optics based on real-time detection of atmospheric turbulence characteristics and optical system compensation has been rapidly developed and applied successfully in the field of laser beam shaping.The introduction of adaptive optics (AOO) technology in atmospheric laser communication systems can effectively suppress the atmospheric turbulence and improve the communication performance by reducing the bit error rate (BER).The traditional AO method is based on the Hartmann wavefront sensing, which has high cost, complex system and limited application. It is necessary to explore the practical AO method without wavefront to expand the application field of FSO based on adaptive optics.Because the beacon light used for APT(acquisition pointing and tracking in FSO system contains atmospheric turbulence information, it is of theoretical and practical value to study the phase recovery method based on the intensity distribution of beacon light for the application of adaptive optics without wavefront detection in FSO.In this paper, the phase recovery algorithm based on intensity distribution is studied. The classical Gerchberg-Saxton algorithm-transport of intensity equationGS-PTIEs is an effective method for phase restoration of wavefront distortion.The phase screen method is used to simulate the laser propagation characteristics in turbulent flow, and the phase recovery effect under weak, medium and strong turbulence is analyzed systematically with two iterative surfaces and three iterative surfaces combined with GS-PTIE algorithm.The results show that the phase recovery residuals of the GS-PTIE algorithm with three iterative surfaces are -0.03 ~ 0.06 rad-0.1 ~ (0.1) ~ (0.1) radan ~ (-1.16) ~ (0.85) rada in weak, medium and strong turbulence respectively, and the recovery effect is better than that of two iterative surface algorithms.After simulating the phase compensation, the intensity distribution of the far field and the power in the bucket PIBs of the receiver detector are used to evaluate the phase compensation effect. The results show that the effect of phase compensation is evaluated under different turbulence conditions.The PIB of the receiver after phase compensation is obviously larger than that before compensation.In the laboratory environment, the experimental system of two iterative surface phase recovery methods is built, and the experimental research and theoretical verification of the phase recovery method based on the light intensity sensing are carried out for the spherical light wave field behind the spatial filter.The results of multi-group data analysis show that the recovery accuracy is high and the phase recovery method based on light intensity sensing is feasible.The above theoretical research and experiments provide a method and experimental basis for wavefront compensation of atmospheric turbulence based on beacon light.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.1

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本文編號(hào)：1714110