【摘要】：自由空間光通信系統(tǒng)需要將空間光高效耦合到單模光纖中,但聚焦光斑與單模光纖間的初始對準誤差和隨機橫向偏移會導(dǎo)致極大的耦合損耗。對空間光到單模光纖耦合的理論模型進行了闡述,并分析了橫向偏移及隨機抖動對耦合效率的影響。在此基礎(chǔ)上,為了提高光纖耦合效率,提出了一種基于光柵螺旋掃描算法和隨機并行梯度下降(SPGD)算法的耦合方案,并仿真分析了誤差校正過程及其對耦合效率的改善情況。仿真結(jié)果表明:通過設(shè)定最佳掃描步長,光柵螺旋掃描算法能夠有效地校正初始對準誤差,校正成功概率高于99%;校正后的殘余初始對準誤差集中在0.5~6.5μm范圍內(nèi),耦合效率得到初步改善;開啟SPGD控制算法后,聚焦光斑與單模光纖間的隨機橫向偏移得到校正,耦合效率能夠有效提升至0.81,接近無湍流情況下的理論極限。校正后,耦合效率得到顯著提高。
[Abstract]:The free-space optical communication system needs to efficiently couple the space light into the single-mode fiber, but the initial alignment error and the random lateral deviation between the focusing spot and the single-mode optical fiber will lead to great coupling loss. The theoretical model of coupling between spatial light and single mode fiber is described, and the effects of lateral offset and random jitter on coupling efficiency are analyzed. On this basis, in order to improve the coupling efficiency of fiber, a coupling scheme based on raster spiral scanning algorithm and stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm is proposed, and the error correction process and the improvement of coupling efficiency are simulated and analyzed. The simulation results show that the raster spiral scanning algorithm can effectively correct the initial alignment error by setting the optimal scanning step size, and the correction success probability is higher than 99. After correction, the residual initial alignment error is concentrated in the range of 0.5 渭 m and 6.5 渭 m, and the coupling efficiency is improved preliminarily. After the SPGD control algorithm is turned on, the random lateral migration between the focusing spot and the single-mode fiber is corrected, and the coupling efficiency can be effectively increased to 0.81, which is close to the theoretical limit in the case of no turbulence. After correction, the coupling efficiency is improved significantly.
【作者單位】： 中國科學(xué)院自適應(yīng)光學(xué)重點實驗室;中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所;中國科學(xué)院大學(xué);
【基金】：國家自然科學(xué)基金(61308082) 中國科學(xué)院科技創(chuàng)新基金(YJ16K004)
【分類號】：TN929.1

【參考文獻】

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