激光空間相干度對光纖耦合的自差接收系統(tǒng)性能影響研究.pdf

1、隨著空間探測及空間應用技術(shù)的發(fā)展，空間需求傳輸數(shù)據(jù)量急劇增加。激光通信具有通信容量大、保密性好、體積小和功耗低等優(yōu)勢已成為各國的研究熱點。
　　美、歐、日分別自60年代、70年代、80年代開展了衛(wèi)星激光通信技術(shù)的研究，近些年已進入空間試驗階段。90年代初，哈工大率先在我國開展了衛(wèi)星激光通信技術(shù)的研究，經(jīng)20余年的研究發(fā)展也進入了空間試驗階段，2011年成功進行了我國首次激光通信試驗，使得我國在衛(wèi)星激光通信領(lǐng)域進入了世界發(fā)展前列。<

2、br>　　激光通信的核心技術(shù)之一是接收探測技術(shù)，主要有兩種方式，即直接探測接收和相干探測接收。直接探測接收特點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工程化可實現(xiàn)性強，但隨著通信數(shù)據(jù)率需求的提高，探測靈敏度受到一定限制，目前也在尋求高數(shù)據(jù)率、高靈敏度的探測技術(shù)。相干探測技術(shù)近些年伴隨器件技術(shù)的逐步發(fā)展，已成為研究熱點。尤其是1550波段光纖器件的成熟，基于單模光纖耦合的DPSK/自差相干探測體制受到了重視。
　　國內(nèi)外的研究人員在受大氣湍流影響的激光通信

3、系統(tǒng)性能方面進行了大量的研究工作，但針對接收系統(tǒng)性能研究的理論模型主要是建立在完全相干光的基礎上，并未考慮激光空間相干度的影響。由于空間光通信系統(tǒng)發(fā)射激光束并非是理想的完全相干光，激光空間相干度的特性將對光信號傳輸造成影響，使接收端光場分布發(fā)生變化，對接收光場光強分布產(chǎn)生影響，使光束質(zhì)量下降，影響激光通信鏈路的穩(wěn)定性，嚴重時甚至導致激光鏈路系統(tǒng)冗余不足。因此，激光空間相干度對激光通信接收系統(tǒng)性能的影響問題是光通信領(lǐng)域急需解決的基礎科學問

4、題。針對基于單模光纖耦合的DPSK/自差相干探測接收系統(tǒng)，急需解決的關(guān)鍵問題如下：
　　(1)研究激光空間相干度對系統(tǒng)中心接收光強平均值及分布特性的影響問題，急需建立大氣湍流條件下基于部分相干光的中心接收光強理論模型。
　　(2)分析激光空間相干度對單模光纖平均耦合效率的影響問題，建立大氣湍流條件下基于部分相干光的單模光纖平均耦合效率模型。
　　(3)解決激光空間相干度對單模光纖耦合效率隨機特性及自差接收系統(tǒng)性能的影響

5、問題，需要建立大氣湍流條件下基于部分相干光的自差接收系統(tǒng)性能模型。
　　本文針對以上急需解決的三大問題，針對空間激光通信系統(tǒng)實際情況(部分相干光)，建立了大氣湍流條件下基于部分相干光的中心接收光強理論模型，給出了激光空間相干度參數(shù)變化與中心接收光強的相互制約關(guān)系，獲得了大氣湍流條件下激光空間相干度對中心接收光強的影響規(guī)律，實驗驗證了理論模型的正確性；建立了大氣湍流條件下基于部分相干光的單模光纖平均耦合效率模型，給出了平均耦合效率隨

6、激光空間相干度的變化關(guān)系，并進行了實驗驗證；建立了大氣湍流條件下基于部分相干光的DPSK/自差探測相干接收系統(tǒng)通信性能模型，分析了激光空間相干度對系統(tǒng)衰落統(tǒng)計特性、平均誤碼率及功率代價的影響。
　　本文的研究工作是關(guān)于激光空間相干度及其對激光通信影響的應用基礎研究，解決了激光通信領(lǐng)域急需解決的基礎科學問題——激光空間相干度對激光通信接收系統(tǒng)性能影響的問題。研究結(jié)果進一步充實了空間光至單模光纖耦合理論，為空間光通信系統(tǒng)的激光空間相干