本文關(guān)鍵詞：空間相干光通信的相位匹配研究

  更多相關(guān)文章： 自適應(yīng)光學(xué) 空間相干光通信 相位匹配 大氣湍流 單模光纖耦合

【摘要】：近十幾年以來,隨著對(duì)地觀測衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星的廣泛應(yīng)用,衛(wèi)星所獲取的大量觀測數(shù)據(jù)需要及時(shí)、快速地傳回地面。而近地軌道衛(wèi)星在境內(nèi)的可通信時(shí)間短,境外設(shè)站又受到多種限制,需要建立實(shí)時(shí)、高速的通信鏈路。傳統(tǒng)的無線微波通信傳輸速率慢,抗干擾能力差,已經(jīng)難以滿足衛(wèi)星通信的需求。此外,對(duì)于一些較為敏感的數(shù)據(jù)信息傳輸,無線微波通信的安全性難以保證。海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、安全傳輸,已經(jīng)成為衛(wèi)星通信發(fā)展的瓶頸�？臻g光通信是指以光信號(hào)為信息載體、地球大氣或太空自由空間作為傳輸信道的通信方式。與傳統(tǒng)的無線微波通信方式相比,自由空間光通信具有通信頻帶寬、信息容量大、抗干擾和抗截獲能力強(qiáng)、體積質(zhì)量小、功率低等優(yōu)點(diǎn)。空間光通信根據(jù)其接收探測方式的不同可以分為直接探測和相干探測,直接探測的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,缺點(diǎn)是探測靈敏度相對(duì)較低。而相干探測以其探測靈敏度高等突出優(yōu)點(diǎn)備受人們關(guān)注,是一種更加具有發(fā)展?jié)摿Φ奶綔y模式�？臻g光通信的發(fā)展,主要受制于大氣信道對(duì)傳輸光束的嚴(yán)重的影響。大氣鏈路對(duì)傳輸光束相位波前的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一是造成信號(hào)光和本振光之間的相位出現(xiàn)隨機(jī)piston平移誤差,二是造成信號(hào)光波前相位嚴(yán)重畸變。這兩方面的影響使得相干探測的混頻效率極低,嚴(yán)重制約了空間相干通信的應(yīng)用。針對(duì)隨機(jī)相位piston誤差,采用對(duì)本振光的相位進(jìn)行調(diào)制的方式可以很好的解決信號(hào)光與本振光相位不同步的問題。對(duì)于波前相位畸變誤差,采用自適應(yīng)光學(xué)(AO)技術(shù)與其他波前相位補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行補(bǔ)償。針對(duì)光纖相干探測和空間相干探測兩種不同方式,AO技術(shù)的作用方式會(huì)有所不同。對(duì)于光纖相干探測,AO技術(shù)的主要作用在于提高系統(tǒng)光纖耦合效率。試驗(yàn)中經(jīng)過AO技術(shù)補(bǔ)償波前相位畸變之后,單模光纖(SMF)的耦合效率由1.3%提高到46.1%,5Gbps空間BPSK相干通信鏈路穩(wěn)定建立,誤碼率小于10-9。對(duì)于基于空間探測中單的相干光通信系統(tǒng),AO系統(tǒng)的主要作用是提高相干混頻效率。經(jīng)過AO技術(shù)補(bǔ)償之后,混頻效率由1%以下提高到30%。更進(jìn)一步,采用空間濾波技術(shù)補(bǔ)償更高階的波前相位畸變之后,混頻效率提高到70%。全文通過理論、仿真、實(shí)驗(yàn)等方面證實(shí):采用AO技術(shù)與其他相位補(bǔ)償方法相結(jié)合的方式,可以在中湍流情況下建立起高速、安全、穩(wěn)定的空間相干光通信鏈路。全文所開展的研究工作是對(duì)大氣鏈路下的相干光通信系統(tǒng)實(shí)用化有益的探索研究,將對(duì)空間相干光通信技術(shù)的應(yīng)用具有一定的推動(dòng)作用。
【關(guān)鍵詞】：自適應(yīng)光學(xué) 空間相干光通信 相位匹配 大氣湍流 單模光纖耦合
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.1
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 空間光通信的研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 空間光通信的發(fā)展13-18
• 1.2.2 高速空間光通信所存在的主要問題及解決方案18-19
• 1.3 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)簡介19-29
• 1.3.1 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的基本原理20-21
• 1.3.2 大氣湍流的描述及其對(duì)光束的影響21-22
• 1.3.3 相差的zernike表示方法22-23
• 1.3.4 哈特曼-夏克波前探測器的工作原理23-25
• 1.3.5 波前復(fù)原方法25-27
• 1.3.6 變形鏡的工作原理27-28
• 1.3.7 光束質(zhì)量評(píng)價(jià)28-29
• 1.4 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)在空間光通信中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀29-32
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容32-34
• 1.5.1 課題研究背景及意義32
• 1.5.2 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排32-34
• 第二章 空間相干光通信中的相位匹配技術(shù)34-44
• 2.1 相干光通信的原理34-39
• 2.1.1 本振光34-35
• 2.1.2 零差探測35-36
• 2.1.3 外差探測36
• 2.1.4 信噪比36-37
• 2.1.5 混頻效率37
• 2.1.6 誤碼率37-39
• 2.2 影響相位匹配的幾種因素39-41
• 2.2.1 隨機(jī)piston相差對(duì)相位匹配的影響40-41
• 2.2.2 波前相位畸變對(duì)相位匹配的影響41
• 2.3 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)在相干相位匹配中需要解決的問題41-42
• 2.4 本章小結(jié)42-44
• 第三章 隨機(jī)piston相位補(bǔ)償技術(shù)研究44-52
• 3.1 隨機(jī)相位piston的來源分析44-47
• 3.2 隨機(jī)piston相差補(bǔ)償技術(shù)47-51
• 3.2.1 峰值檢測方法探測隨機(jī)piston像差47-49
• 3.2.2 壓電陶瓷相位補(bǔ)償器49-50
• 3.2.3 隨機(jī)相位piston補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)結(jié)果50-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 第四章 基于光纖探測終端的相干通信實(shí)驗(yàn)研究52-66
• 4.1 單模光纖耦合效率理論分析53-57
• 4.1.1 最優(yōu)耦合參數(shù)53-55
• 4.1.2 對(duì)準(zhǔn)誤差對(duì)耦合效率的影響55-57
• 4.1.3 波前相位畸變對(duì)耦合效率的影響57
• 4.2 基于自適應(yīng)光學(xué)的單模光纖耦合仿真研究57-59
• 4.3 基于自適應(yīng)光學(xué)的單模光纖耦合實(shí)驗(yàn)研究59-63
• 4.4 基于光纖耦合的 5Gbps相干光通信實(shí)驗(yàn)研究63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第五章 基于空間探測終端的相位匹配技術(shù)研究66-72
• 5.1 自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)對(duì)空間相干相位匹配的作用分析66-68
• 5.2 空間濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的相位匹配68-70
• 5.3 本章小結(jié)70-72
• 第六章 結(jié)論與展望72-74
• 6.1 論文的主要研究內(nèi)容72-73
• 6.2 論文的工作創(chuàng)新點(diǎn)73
• 6.3 論文的不足及對(duì)未來工作的展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果78

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本文編號(hào)：554947