在自由空間光通信（Free Space Optics Communication,FSOC）中,信號光在通信過程中不可避免會受到大氣湍流的影響,使得信號光波前發(fā)生畸變。為了提高FSOC系統(tǒng)的通信質(zhì)量,自適應(yīng)光學技術(shù)得到了廣泛研究,其中基于模式法的無波前傳感器自適應(yīng)光學（Wavefront Sensorless Adaptive Optics,WSAO）技術(shù)因其校正速度快而擁有巨大的應(yīng)用潛力。本文主要研究基于變形鏡本征模式法的WSAO技術(shù)對FSOC系統(tǒng)中畸變光斑的校正情況。本文主要工作如下:1、使用基于Hill譜的功率譜反演法模擬不同強度的大氣湍流,并對不同強度大氣湍流影響下的畸變光斑進行模擬分析;介紹了 WSAO系統(tǒng)的各個組成部分及工作原理,并對常見的光束質(zhì)量評價指標表達式進行推導。2、根據(jù)69單元高速變形鏡的促動器影響函數(shù)推導了其對應(yīng)的69階變形鏡本征模式;結(jié)合菲涅爾衍射和多相位屏傳輸原理建立了系統(tǒng)仿真模型,分析了不同情況時模式系數(shù)偏置的最佳取值,以斯特列爾比為評價指標研究了該方法對畸變光斑的校正能力;以系統(tǒng)快速收斂比為指標對變形鏡本征模式法的校正性能進行了分析;并對多種校正算法進行... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

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前數(shù)值模擬的理論方法，對不同湍流強度下的畸變光斑進行了分析；接著闡述了WSAO系統(tǒng)的應(yīng)用模型及無波前傳感器自適應(yīng)光學系統(tǒng)各組成部分的工作原理；最后對光束質(zhì)量的幾種常用評價指標表達式進行了推導。2.1畸變波前模擬2.1.1大氣湍流相位屏在FSOC中激光束以大氣作為傳輸通道來實現(xiàn)通信，在傳輸過程中不僅會因為大氣分子與氣溶膠的原因造成對信號光的吸收、散射，使得信號光能量在傳輸方向上發(fā)生瞬變，影響信號光通信鏈路的運行；并且由于大氣層中各處的折射率呈不均勻分布，加上熱力與風力的影響會形成大氣湍流，其模型如圖2-1所示[59]。大氣湍流對FSOC系統(tǒng)的干擾是無法避免的，會導致信號光在傳輸過程中產(chǎn)生光強閃爍、到達角起伏、相位畸變、漂移等物理現(xiàn)象[2]。上述大氣湍流效應(yīng)的存在嚴重的影響著激光通信鏈路的性能，將導致通信質(zhì)量大大降低。圖2-1大氣湍流示意圖[59]Fig.2-1Theschematicdiagramofatmosphericturbulence[59]大氣湍流的影響主要體現(xiàn)在引起信號光波前產(chǎn)生相位畸變，因而可以利用相位屏等效模擬光束傳輸過程中的隨機大氣湍流。目前湍流相位屏的模擬方法主要有三種：Zernike多項式法[60]、功率譜反演法[61]和分形法[62]。由Noll等人提出的Zernike多項式法也叫作協(xié)方差法，屬于空間域直接模擬類，它是將在單位圓內(nèi)擁有正交性的Zernike多項式進行線性組合，然后將其以冪級數(shù)的形式展開來描述光學系統(tǒng)中的波前像差，但由Zernike多項式法模擬生成的相位屏高頻成分不足[60]。McGlamery提出的功率譜反演法則是在頻率域生成相位屏，該方法計算速率快、簡單方便且適合多種不同形式的湍流譜模型，且此方法使用離散傅里葉變換，使其更加有效[61]。雖然該方法產(chǎn)生的相位屏具有低頻成份不足的缺點，但可以通過添加次諧波來進行低頻補償。分形?

畸變波前模擬及無波前傳感器自適應(yīng)光學系統(tǒng)原理11激光束波長=632.8nm，傳輸距離6000m，計算網(wǎng)格128128，相位屏寬度0.4m。對應(yīng)結(jié)果如圖2-2、圖2-3及圖2-4所示。圖2-2r0=0.02m時的大氣湍流模擬Fig.2-2Thesimulationofatmosphericturbulenceatr0=0.02圖2-3r0=0.04m時的大氣湍流模擬Fig.2-3Thesimulationofatmosphericturbulenceatr0=0.04圖2-4r0=0.2m時的大氣湍流模擬Fig.2-4Thesimulationofatmosphericturbulenceatr0=0.2圖2-2、圖2-3和圖2-4分別為強湍流、中強湍流和弱湍流情況下的大氣湍流相位屏三維圖和二維圖。從圖2-2可以看出，強湍流情況下相位起伏在-10rad~10rad區(qū)間內(nèi)；從圖2-3

【參考文獻】：
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本文編號：3440516