本文關(guān)鍵詞：星間相干激光通信保偏光學(xué)系統(tǒng)研究

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【摘要】：空間激光通信按照通信體制劃分為直接探測和相干探測兩種方式,其中相干探測方式由于探測靈敏度高、調(diào)制方式靈活、通信容量大等優(yōu)點,逐漸成為遠(yuǎn)距離空間激光通信的主要發(fā)展方向。在星間激光通信中,光學(xué)系統(tǒng)是實現(xiàn)遠(yuǎn)距離激光通信的關(guān)鍵系統(tǒng),在直接探測體制中,光學(xué)系統(tǒng)的波像差是影響系統(tǒng)性能的重要參數(shù);在相干探測體制中,除了波像差外,光學(xué)系統(tǒng)的偏振像差同樣影響通信系統(tǒng)的性能質(zhì)量。星間相干激光通信的光學(xué)系統(tǒng)屬于偏振敏感系統(tǒng),信號光在光學(xué)系統(tǒng)中傳輸時,偏振像差會改變信號光的偏振態(tài),影響信號光與本振光的混頻效率。相干通信的核心是實現(xiàn)信號光與本振光的高效混頻,因此,研究光學(xué)系統(tǒng)的偏振像差對信號光偏振態(tài)以及混頻效率的影響,可以為設(shè)計高混頻效率的相干通信系統(tǒng)提供指導(dǎo);通過研究光學(xué)系統(tǒng)的偏振像差以及研究如何降低偏振像差的影響,可以指導(dǎo)設(shè)計具有高保偏性能的光學(xué)系統(tǒng)。本文圍繞相干激光通信中光學(xué)系統(tǒng)的偏振像差及其對相干混頻效率的影響,主要開展了以下研究工作:基于傳統(tǒng)的相干探測基本原理,本文推導(dǎo)了信號光與本振光偏振態(tài)一致時的相干混頻效率,并分析了信號光與本振光振幅分布對混頻效率的影響。在此基礎(chǔ)上,提出了信號光與本振光偏振態(tài)不一致時的相干探測模型,通過引入偏振混頻效率參數(shù),建立了光學(xué)系統(tǒng)偏振像差與相干激光通信混頻效率的理論關(guān)系,為后續(xù)章節(jié)定量分析光學(xué)系統(tǒng)偏振像差對相干通信系統(tǒng)的影響奠定基礎(chǔ)。針對某光學(xué)天線終端系統(tǒng),本文采用三維偏振光線追跡算法分析光學(xué)系統(tǒng)的偏振特性,天線終端系統(tǒng)包括潛望式轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)和離軸天線系統(tǒng)兩部分組成。針對潛望式轉(zhuǎn)臺系統(tǒng),推導(dǎo)了轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的偏振傳輸解析表達(dá)式,并且詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)臺在不同旋轉(zhuǎn)角度下的偏振像差特性。當(dāng)信號光為線偏振光或者圓偏振光時,利用推導(dǎo)的偏振傳輸矩陣,計算出轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)在各個旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時出射光的偏振態(tài),通過對比發(fā)現(xiàn),針對潛望式轉(zhuǎn)臺系統(tǒng),信號光采用圓偏振光時,信號光能夠免疫轉(zhuǎn)臺的方位軸旋轉(zhuǎn)。在對潛望式轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的偏振像差分析基礎(chǔ)上,研究了潛望式轉(zhuǎn)臺和離軸系統(tǒng)的組合天線系統(tǒng)的偏振特性,分析結(jié)果表明,組合系統(tǒng)的偏振像差不是均勻分布的像差,且像差的分布與轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)。針對某已完成的激光通信檢測平臺系統(tǒng),通過對平臺通信支路系統(tǒng)內(nèi)各個元件建模,利用偏振光線追跡法分析了通信支路全系統(tǒng)的偏振特性。通過分析發(fā)現(xiàn)通信支路系統(tǒng)具有一定的二向衰減和位相延遲,且這兩種像差在光瞳內(nèi)呈現(xiàn)非均勻分布的特性。為了定量分析光學(xué)系統(tǒng)偏振像差對相干通信的影響,提出瓊斯矩陣svd分解與pauli-zernike分解相結(jié)合的方法來分析光學(xué)系統(tǒng)的偏振像差,通過瓊斯矩陣的svd分解,將光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性分解為四個獨立的部分,這四部分分別對應(yīng)著光學(xué)系統(tǒng)的切趾像差、波像差、二向衰減和位相延遲像差。通過pauli-zernike分解,計算出系統(tǒng)二向衰減和位相延遲在\，

本文編號：1267591