發(fā)布時間：2017-10-13 17:22

  本文關(guān)鍵詞：空間相干光通信終端光學(xué)系統(tǒng)研究

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【摘要】：激光通信具有高光學(xué)增益、高度抗截獲抗干擾能力和高通信速率等突出優(yōu)點,是解決高速通信問題的重要技術(shù)手段。自德國TESAT公司實現(xiàn)5.6Gbps星間相干光通信速率以來,相干光通信技術(shù)成為公認(rèn)解決光通信終端小型化、輕量化、高速率的最佳方案。本文針對空間相干光通信終端光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)難點,進(jìn)行了以下研究:首先,為增加混頻效率,提出了對激光高斯光束整形作為本振光源的方法,推導(dǎo)了本振高斯光束整形前后的混頻效率公式。通過數(shù)值分析,得出整形高斯光束的混頻效率比未整形時高0.1左右,并得出了空間相干探測中各器件的最佳參數(shù)方案。第二,研究了空間相干光通信終端光學(xué)系統(tǒng)對信噪比的影響,模擬分析了光學(xué)天線系統(tǒng)RMS波像差、90度光混頻器裝配過程中光束偏移、光束傾斜和相對相移等誤差對系統(tǒng)信噪比的影響,得出四種誤差的容差分別為:λ/20、R0/20(R0為信號光束寬度)、0.1mrad和±10°。第三,確定了空間相干光通信終端光學(xué)天線系統(tǒng)的指標(biāo)要求,并根據(jù)該指標(biāo)設(shè)計了一套合理的光學(xué)天線系統(tǒng)。在望遠(yuǎn)系統(tǒng)設(shè)計時,分別采用離軸四反形式和卡塞格林形式進(jìn)行了設(shè)計。第四,采用瓊斯矩陣推導(dǎo)了90度光混頻器的工作原理,使用Optisystem軟件建立90度光混頻器原理模型,分析了相對相移的指標(biāo)誤差,分析結(jié)果表明:旋轉(zhuǎn)λ/4波片能夠補償相對相移誤差,但會造成I、Q支路分光比的變化,通過旋轉(zhuǎn)λ/2波片可以將分光比補償回來。在分析原有90度空間光混頻器結(jié)構(gòu)工程缺點的基礎(chǔ)上,提出了兩種基于橫向剪切干涉儀的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。第五,研制了一套90度空間光混頻器,并分別搭建實驗平臺檢測了90度光混頻器的插入損耗、功率不一致性、相對相移和混頻效率等多項指標(biāo)。檢測實驗結(jié)果表明所研制的90度空間光混頻器I、Q支路相對相移為90.73°,信號光與本振光的插入損耗分別為0.58dB、0.53dB,混頻效率損耗小于0.82dB,完全滿足使用需求。
【關(guān)鍵詞】：光通信終端 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計 光學(xué)天線 90度光混頻器 混頻效率 相對相移
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機械研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-31
• 1.1 研究的目的與意義11-13
• 1.2 空間激光通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀13-28
• 1.2.1 激光通信終端及其光學(xué)天線發(fā)展現(xiàn)狀13-23
• 1.2.2 光混頻器發(fā)展現(xiàn)狀23-28
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容28-31
• 第2章 空間相干光通信原理及其信噪比研究31-59
• 2.1 相干光通信系統(tǒng)工作原理及其理論信噪比31-38
• 2.1.1 BPSK零差探測系統(tǒng)原理31-35
• 2.1.2 本振光噪聲對系統(tǒng)信噪比的影響35-37
• 2.1.3 相干探測的極限信噪比37-38
• 2.2 空間相干光通信系統(tǒng)混頻效率的分析38-47
• 2.2.1 混頻效率與信噪比40-41
• 2.2.2 信號光場分析41
• 2.2.3 本振光場的傳播與整形41-44
• 2.2.4 混頻效率分析44-47
• 2.3 空間相干光通信終端光學(xué)系統(tǒng)對信噪比的影響47-56
• 2.3.1 光學(xué)天線系統(tǒng)像差對信噪比的影響47-51
• 2.3.2 光混頻器裝配誤差對信噪比的影響51-56
• 2.4 本章小結(jié)56-59
• 第3章 空間相干光通信光學(xué)天線系統(tǒng)設(shè)計研究59-85
• 3.1 光學(xué)天線系統(tǒng)的功能及組成59-60
• 3.2 光學(xué)天線系統(tǒng)的需求及其關(guān)鍵指標(biāo)分析60-62
• 3.3 高倍率大孔徑望遠(yuǎn)系統(tǒng)設(shè)計62-74
• 3.3.1 望遠(yuǎn)系統(tǒng)形式63-66
• 3.3.2 卡塞格林望遠(yuǎn)系統(tǒng)設(shè)計66-70
• 3.3.3 離軸四反望遠(yuǎn)系統(tǒng)設(shè)計70-74
• 3.4 中繼光路設(shè)計74-80
• 3.4.1 分光組件設(shè)計75-76
• 3.4.2 捕跟鏡組設(shè)計76-77
• 3.4.3 通信鏡組設(shè)計77-78
• 3.4.4 信號發(fā)射鏡組設(shè)計78-79
• 3.4.5 全系統(tǒng)設(shè)計布局比較79-80
• 3.5 望遠(yuǎn)系統(tǒng)輔助裝調(diào)80-83
• 3.6 本章小結(jié)83-85
• 第4章 90度空間光混頻器設(shè)計研究85-105
• 4.1 90度空間光混頻器原理分析85-90
• 4.2 光混頻器的指標(biāo)90-91
• 4.3 90度空間光混頻器結(jié)構(gòu)改進(jìn)91-95
• 4.3.1 傳統(tǒng)90度空間光混頻器結(jié)構(gòu)的缺點91-92
• 4.3.2 基于橫向剪切干涉儀的90度空間光混頻器92-95
• 4.3.3 90度空間光混頻器二次改進(jìn)95
• 4.4 90度光混頻器相對相移誤差分析95-103
• 4.4.1 相對相移誤差來源95-96
• 4.4.2 相對相移仿真原理96-98
• 4.4.3 旋轉(zhuǎn) λ/4 波片補償相對相移的仿真98-100
• 4.4.4 λ/4 波片相位延遲誤差仿真100-102
• 4.4.5 λ/2 波片相位延遲誤差仿真102-103
• 4.5 本章小結(jié)103-105
• 第5章 90度空間光混頻器檢測技術(shù)研究105-119
• 5.1 90度空間光混頻器樣機105-106
• 5.2 能量指標(biāo)檢測106-108
• 5.3 相對相移檢測技術(shù)108-116
• 5.3.1 相對相移檢測方案108-111
• 5.3.2 相對相移實驗111-114
• 5.3.3 實驗結(jié)果處理114-116
• 5.4 混頻效率檢測116-117
• 5.5 本章小結(jié)117-119
• 第6章 總結(jié)與展望119-123
• 6.1 總結(jié)119-120
• 6.2 創(chuàng)新點說明120-121
• 6.3 展望121-123
• 參考文獻(xiàn)123-131
• 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131-132

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本文編號：1026141